本發明專利技術公開了一種磁芯損耗分離計算方法，在給定的磁通密度變化量條件下，利用任意2個不同頻率工作點在正弦激勵下的損耗數據，建立磁損構成分離方程組分離磁滯損耗和渦流損耗，通過線性插值法模擬磁芯材料電阻率與頻率之間的對應關系，將剩余損耗中的額外渦流損耗歸集到經典傳導渦流損耗中。本發明專利技術的優點是物理概念清晰，分離計算過程簡單，無需依賴專門儀器即可有效分離磁芯中的損耗成分，可廣泛適用于仿真軟件模擬在電力電子應用中磁芯材料在不同頻率和磁感應強度下的損耗大小。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種開關變換器中磁芯損耗計算方法，尤其涉及的是高頻鐵氧體磁芯的磁滯損耗和渦流損耗大小的計算方法。
技術介紹
對小型化的追求使人們對開關變換器的體積和效率提出越來越嚴格的要求，提高開關頻率是減小開關變換器體積的基本方法之一，變壓器、濾波電感和儲能電容等元件的體積和重量都會隨頻率的提高而減小。磁性元件是開關變換器中最重要的器件之一，它們對整機的效率及體積有決定性的影響。因此需要在工程早期設計階段預估不同的拓撲架構導致的磁芯損耗大概范圍，合理進行變換器的熱設計，可有效縮短開發周期并避免造成不必要的經濟損失。鐵氧體材料以其高電阻率、低損耗廣泛應用在高頻磁性元件設計中。目前主要的磁損分析方法可分為三大類:Steinmetz方程及其改進方法、傅立葉級數分解計算方法和磁芯損耗分離法。經驗公式Steinmetz方程是磁芯損耗分析方法中最常見的，將所選用的磁芯實際體積與Pv相乘就可算出在一定頻率和磁通密度變化量下的磁芯損耗。Steinmetz方程及其改進方法存在兩個主要不足:一是只能適用于某種激勵條件下的磁損估算，不具備普遍意義；二是對于不同的材質都需要測試出相對應的系數，這給工程界實際應用帶來困難。傅立葉級數分解法通過對任意的激勵矩形波進行傅立葉級數分解為各次諧波分量，分別計算各諧波分量下的磁芯損耗，然后利用Steinmetz方程分別計算各次諧波所產生的磁芯損耗，最后將計算的結果累加得到總的磁求和得到鐵芯總損耗。這種方法存在兩個主要的缺點:一是由于磁芯材料與頻率之間的關系并非理想線形關系，在高頻率條件下磁芯材料早已失去磁性；二是由于磁芯是一個非線性系統，而傅立葉分解之后再作累加則是將非線性系統作線性系統來處理，這本身引入了誤差。磁芯損耗分離理論根據磁性材料在交變磁場作用下產生損耗發熱的機理不同，將磁芯材料的總損耗分解為各種成分損耗的疊加，計算模型可分為基于磁滯和渦流的2項損耗模型，以及基于磁滯、渦流和異常損耗的3項模型。不同的拓撲、不同的控制方式、在不同的占空比條件下高頻變壓器工作激勵條件千差萬別，其所導致的磁損模型也是完全不同。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是利用磁性損耗分離法物理概念清晰的優勢，建立磁損分離方程組分離任意工作點的磁滯損耗和渦流損耗。通過線性插值法求取不同頻率處的電阻率，將剩余損耗的影響涵蓋在渦流損耗的計算過程中。通過利用廠家提供的磁性材料損耗曲線，提出了一種無需依賴專業測試設備分離磁芯的磁滯損耗和渦流損耗(包含額外渦流損耗的影響)大小的工程實用計算方法，有利于從本質上掌握磁損產生成分的機理，可合理設計磁芯的工作區間。本專利技術為解決上述技術問題采用以下技術方案:，在給定磁通密度變化量工作條件下，利用任意2個工作頻率點在正弦激勵下的損耗數據構建磁損分離方程，分離出在該工作條件下的磁滯損耗和潤流損耗；具體如下:步驟A、避開磁滯損耗與磁通密度變化量之間的非常量關系，建立磁滯損耗與頻率之間的線性關系建立方程如下:其中，磁滯損耗密度的關系式為:權利要求1.，其特征在于:在給定磁通密度變化量工作條件下，利用任意2個工作頻率點在正弦激勵下的損耗數據構建磁損分離方程，分離出在該工作條件下的磁滯損耗和渦流損耗；具體如下: 步驟A、避開磁滯損耗與磁通密度變化量之間的非常量關系，建立磁滯損耗與頻率之間的線性關系建立方程如下: 其中，磁滯損耗密度的關系式為:2.根據權利要求1所述的磁芯損耗分離計算方法，其特征在于:所述磁芯為高頻鐵氧體磁芯。全文摘要本專利技術公開了，在給定的磁通密度變化量條件下，利用任意2個不同頻率工作點在正弦激勵下的損耗數據，建立磁損構成分離方程組分離磁滯損耗和渦流損耗，通過線性插值法模擬磁芯材料電阻率與頻率之間的對應關系，將剩余損耗中的額外渦流損耗歸集到經典傳導渦流損耗中。本專利技術的優點是物理概念清晰，分離計算過程簡單，無需依賴專門儀器即可有效分離磁芯中的損耗成分，可廣泛適用于仿真軟件模擬在電力電子應用中磁芯材料在不同頻率和磁感應強度下的損耗大小。文檔編號G01R33/12GK103197267SQ20131006289公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月28日 優先權日2013年2月28日專利技術者周巖, 謝俊 申請人:南京郵電大學本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種磁芯損耗分離計算方法，其特征在于：在給定磁通密度變化量工作條件下，利用任意2個工作頻率點在正弦激勵下的損耗數據構建磁損分離方程，分離出在該工作條件下的磁滯損耗和渦流損耗；具體如下：步驟A、避開磁滯損耗與磁通密度變化量之間的非常量關系，建立磁滯損耗與頻率之間的線性關系建立方程如下：其中，磁滯損耗密度的關系式為：Ph∝B^xf---(1)式中，Ph代表磁滯損耗功率損耗密度；B代表磁通密度，代表磁通密度的變化量，x代表在不同工作條件下磁滯損耗與磁場強度之間的指數關系；f代表工作頻率；渦流損耗密度的關系式為：Pe∝B^2f2---(2)式中，Pe代表渦流損耗功率損耗密度；步驟B、結合式（1）、（2）的磁滯損耗和渦流損耗分別與頻率和磁通密度之間的變化規律，并通過線性插值法求取任意2個不同工作頻率處的電阻率ρ，通過調整渦流損耗磁芯電阻率來涵蓋剩余損耗中額外渦流損耗的影響，構建磁芯損耗分離方程如下：Pv(fA)=Ph(fA)+Pe(fA)Pv(fB)=Ph(fB)+Pe(fB)⇒Pv(fA)=Ph(fA)+Pe(fA)Pv(fB)=fBfAPh(fA)+ρ(fA)ρ(fB)(fBfA)2Pe(fA)---(3)式中，為在所選取的第一工作頻率點處的磁芯功率損耗密度，為在第一工作頻率點處的磁滯損耗功率損耗密度，為在第一工作頻率點處的渦流損耗功率損耗密度，為在第一工作頻率點處的電阻率，fA為第一工作頻率點處的工作頻率；為在所選取的第二工作頻率點處的磁芯功率損耗密度，為在第二工作頻率點處的磁滯損耗功率損耗密度，為在第二工作頻率點處的渦流損耗功率損耗密度，為在所選取的第二工作頻率點處的電阻率，fB為第二工作頻率點處的工作頻率；步驟C、在給定磁通密度變化量下，利用式（3）求解方程分離出正弦激勵條件下磁芯在第一工作頻率點或第二工作頻率點的磁滯損耗和渦流損耗功率密度，進而分離出正弦激勵條件下任意頻率點所對應的磁滯損耗和渦流損耗功率密度。FDA00002867719100012.jpg,FDA00002867719100015.jpg,FDA00002867719100016.jpg,FDA00002867719100017.jpg,FDA00002867719100018.jpg,FDA00002867719100019.jpg,FDA000028677191000110.jpg,FDA000028677191000111.jpg,FDA000028677191000112.jpg...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：周巖，謝俊，
申請(專利權)人：南京郵電大學，
類型：發明
國別省市：
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