非正弦激励下高频变压器铁心动态磁滞特性模拟方法

高频变压器是DC/DC变换器的核心部件,其激励波形一般为非正弦波,工作频率可达数千赫兹以上,导致铁心损耗显著增加,准确模拟非正弦激励下高频变压器铁心动态磁滞特性,有助于铁心损耗计算以及变压器的电磁暂态分析。首先,该文考虑铁心磁化物理过程,利用系统级电力电子仿真软件PLECS中底层模块和语言编写程序,建立基于静态J-A磁滞模型和磁导-电容类比法的铁心静态磁滞磁导模型;然后,考虑高频条件下涡流效应与弛豫效应对铁心动态磁滞特性的影响,根据损耗统计理论建立铁心动态磁滞磁导模型;最后,基于模拟退火与Levinberg-Marquardt混合算法提取静态J-A磁滞模型参数,根据铁心损耗特性曲线采用最小二乘法提取动态损耗系数。对比分析不同占空比、高频方波电压激励下电流波形以及磁滞回线的仿真结果与实验测量结果,验证了模型的有效性。

非正弦激励下中频变压器铁损计算方法对比分析

为了对非正弦激励下中频变压器(MFT)的铁芯损耗进行准确的计算,对比了几种基于原始Steinmetz公式(OSE)的铁损计算修正方法。首先,从修正原理上对上述修正方法进行了对比分析;其次,针对典型的中频变压器端口电压方波波形,并参考三角波电压激励,推导了上述修正方法在这两种波形下的铁损计算式;然后通过搭建铁芯磁滞回线测量系统,对一纳米晶磁环铁芯在中频范围内的原始Steinmetz经验公式系数进行了拟合,并对比了铁芯方波与三角波激励下铁损密度实测值和各修正方法解析计算值。结果表明:Steinmetz波形系数公式(Wc SE)的误差最小,对纳米晶铁芯在中频非正弦激励下进行损耗计算,应用Wc SE最为准确。研究结果可为中频变压器在设计与优化阶段铁芯损耗的准确计算提供参考。

正弦与非正弦激励下高频变压器磁心损耗计算与验证

提高正弦和非正弦激励下的磁心损耗模型的计算精度,对高频变压器的设计与研究有重要意义。本文首先在经典正弦损耗分离模型的基础上引入涡流和剩余损耗修正系数,推导出在方波与三角波电压激励下修正的损耗分离计算模型,并通过实验室搭建的磁特性测量系统测量出非晶与纳米晶磁心的损耗数据。其次,依据损耗系数随磁通变化的特性,提出一种改进的损耗分离模型的方法,与经典模型相比有更高的准确性,并得出非正弦激励下改进的计算模型。最后,对比分析方波与三角波电压激励下的计算结果与测量值,验证了本文提出的改进损耗分离模型的有效性与可行性。

非正弦激励下纳米晶材料高频磁心损耗的计算方法改进与验证

软磁材料广泛应用于各种电气设备的铁心,磁心损耗的精确计算关系着电气设备的效率。尤其是高频非正弦激励条件下磁心损耗的精确计算,是逆变器、电力电子变压器和高频电抗器等电力电子装置的优化设计的重要组成部分。该文首先总结了几种非正弦激励下的磁心损耗的计算方法,对比几种改进的Steinmetz经验公式,分析磁化过程对磁心损耗的影响;然后提出一种考虑磁感应强度变化率的改进Steinmetz波形系数公式(WcSE)计算模型,推导出高频方波和矩形波激励下的损耗计算表达式;接着搭建高频非正弦激励下的软磁材料磁特性测试系统,在频率为10~70kHz范围内对环形纳米晶样品(FT-3KL和FT-3KS)进行不同占空比的方波和矩形波激励下的高频磁特性实验,得到方波和矩形波激励下的磁心损耗实验测量值;最后对比实验值和几种修正Steinmetz模型的计算值,并进行误差分析,得到改进的WcSE计算模型的平均计算误差在20%以内,均小于Steinmetz修正公式、修正广义Steinmetz公式和WcSE的计算误差的结论,验证了所提改进的WcSE新模型的计算精确性,为电力电子装置的磁心损耗预测以及优化设计提供了重要依据。

非正弦激励下硅钢片的磁滞特性模拟及损耗计算

利用硅钢磁环极限磁滞回线测量值推导出起始于极限磁滞回线下降支的一阶回转曲线从而得到用于模拟磁滞特性的 Everett 函数并给出利用 Everett 函数计算高阶回转曲线的方法实现了基于 Preisach 模型的硅钢磁环磁滞特性模拟然后从磁滞损耗定义出发对含不同幅值小磁滞回环时的磁滞损耗进行分析计算并与实验测试结果进行对比结果表明:这种磁滞特性模拟方法能够简化 Preisach 模型的实现并能够准确地模拟出磁性材料的高阶回转曲线利用该方法分析计算得到的静态磁滞损耗与实验结果相吻合且损耗值与小磁滞回环的幅值呈正相关性.

非正弦激励下高频变压器励磁参数辨识

高频隔离DC/DC变换器是电力电子设备智能化和小型化的重要环节,其核心元件高频变压器通常工作在非正弦激励条件,励磁参数与特性均与正弦激励有较大区别。首先,该文通过解析法与保守功率理论(conservative power theory,CPT),给出非正弦激励下串联阻感参数辨识方法,通过仿真与实验验证了辨识方法的有效性。其次,在非正弦激励下对纳米晶变压器进行空载实验,提取励磁特性曲线,并对励磁参数进行辨识,分析参数变化规律。通过Simplorer/Maxwell场路联合仿真平台重现了变压器空载实验,仿真准确拟合了变压器励磁参数及其变化规律,并给出非正弦激励下磁芯磁通密度与磁芯损耗的分布,为进一步优化变压器设计提供了有效手段。

基于损耗分离理论的非正弦激励磁心损耗计算方法研究

精确且快速预估非正弦激励下的磁心损耗,对电力电子装置内部磁性元件的优化设计至关重要。本文分别从求解精度、模型参数提取复杂度两方面,评价了3种基于损耗分离理论的非正弦激励磁心损耗算法,以此筛选出其中综合性能最优的算法。首先从损耗分离的基本理论、利用傅里叶分解求解频域损耗,以及基于时域的观点计算非线性损耗等方面,对3种损耗算法进行了剖析。其次,推导了各算法在三角波、方波激励下的损耗解析计算公式,并通过实验测量了硅钢、非晶及纳米晶磁心的损耗。最后,比较了它们的计算精度和模型参数提取的特点及复杂程度。结果表明,时域损耗算法的求解精度最高,且与其他两种频域损耗算法相比,该时域算法的模型参数提取复杂度较低,是综合性能最优的非正弦激励磁心损耗算法,建议在磁性元器件优化设计等领域选用该算法求解非正弦激励下的磁心损耗。

非正弦激励下磁心损耗的计算方法及实验验证

在电力电子装置中,磁性元件的输入电压波形往往不是正弦波,研究非正弦激励下电力电子装置中磁心损耗的计算方法有重要意义。首先介绍正弦激励下磁心损耗的计算方法,在此基础上研究了非正弦激励下磁心损耗的计算方法,得到了修正铁耗分离法和修正Steinmetz经验公式法计算式。其次,考虑磁心叠片的趋肤效应,对修正铁耗分离法做了进一步改进。然后,对环形非晶和纳米晶磁心的损耗测量结果进行数值拟合,得到了非正弦激励下两种方法的解析计算式,并比较了应用两种计算方法的损耗计算结果。最后,分别对环形非晶和纳米晶磁心开展非正弦激励下的磁心损耗测量实验,将实验结果和上面两种计算方法的解析结果进行比较,验证了非正弦激励下两种计算方法的准确性。

考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗计算方法

准确、快速地计算磁性材料在非正弦激励下的损耗是变压器、电机等电力设备优化设计的关键环节,特别是当其包含偏置小磁滞回环的情况。然而,在现有的文献中还没有高效系统地考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗的算法。从主磁滞回环与其内部偏置小磁滞回环相互独立的角度出发,分别计算这两种环对应的磁滞损耗与剩余损耗分量,并基于简化静态Preisach模型推导磁滞损耗的通用算式;针对损耗统计理论(statistical theory of losses,STL)剩余损耗统计参数提取较为繁琐的问题,利用简化动态Preisach模型与STL剩余损耗算式之间的函数关系,推导剩余损耗统计参数的通用辨识公式,继而提出一种考虑偏置小磁滞回环的磁性材料非正弦激励损耗算法。利用所提算法,仅需少量传统正弦激励下的数据即可辨识模型所有参数。最后,通过实验及仿真验证所提算法的准确性与实用性。

改进逆Play模型与非正弦激励下硅钢片磁滞特性模拟

非正弦激励下含偏置小磁滞回环的硅钢片磁滞特性的准确快速模拟是变压器、电机等电力设备优化设计的重要环节。现有的逆Play模型在模拟硅钢片非正弦激励下的磁滞特性时需要大量不同磁密下的同心磁滞回线或一阶回转曲线实测值,并且在低磁密时模拟精度较低。针对该问题,提出了一种改进的逆Play模型。首先,基于数值方法生成的非均匀间隔一阶回转曲线数据调整Play磁滞算子阈值以及磁滞算子序列,提取逆Play模型形状函数参数;而后,利用三角形激励代替非正弦输入激励,基于新的输入激励以及形状函数,建立可准确模拟磁性材料非正弦激励下磁滞特性的改进逆Play模型。该模型仅需要硅钢片高、中、低3条磁滞回线实验数据,并且将该模型对硅钢片不同谐波下的磁滞特性模拟结果、损耗计算结果与实验测量数据进行对比,发现全局误差均控制在10%以内,从而验证了所提改进逆Play模型的准确性和实用性。

非正弦激励时变频电机铁耗计算方法研究

针对变频电机铁耗分析中存在的铁磁材料建模,非正弦激励时铁耗计算模型等问题,结合近年来为解决这些问题所提出的理论和方法进行了系统地综述和分析,指出了现有各种方法的优缺点,并提出了今后变频电机铁耗分析的研究方向。

基于非正弦激励的模拟电路故障诊断

传统交流故障字典法通过施加不同频率的正弦激励,以获得对待测电路中频率敏感元件更高的故障覆盖率。为减少多次对待测电路施加激励的时间开销,该文提出可将多个不同频率激励进行叠加,得到非正弦的激励信号作为待测电路激励。在此背景下,讨论了产生一个非正弦激励信号,使之能够包含所需测试频率分量的方法。并分析了在施加非正弦激励下情形下,对待测电路响应中不同频率分量进行解耦,识别各分量交流参数的可行性和需要解决的问题。结果表明:在已知叠加前波形频域特征时,可以反推出叠加前各个原始波形的特征参数。因此,可以在实现压缩传统交流故障字典法测试时间的同时,达到与传统方法相近的诊断能力。

变频电机铁心损耗计算方法的研究

针对变频电机铁耗分析中存在的铁磁材料建模,以及非正弦激励时铁耗计算模型等问题,做了系统的论述和分析,提出了适用于任意磁场波形下的铁耗计算方法——谐波分析法,该方法能够综合考虑电源谐波、电机铁心饱和及集肤效应的影响,具有较高的精度。通过样机的试验结果与理论计算结果对比表明,该方法具有较强的可行性。

立体卷铁心的单框损耗测量试验及验证

立体卷铁心变压器因其铁心具有独特的三相对称结构,具有损耗小、重量轻和散热效果好等优点。由于铁心结构和硅钢片的非线性导致铁心磁场中存在较强的3次谐波,使每个铁心单框处于非正弦激励状态,因此采用市电作电源无法直接测量立体卷铁心的单框损耗。本文通过建立立体卷铁心的三维有限元分析模型,分析了立体卷铁心的磁场分布特征,以此为基础测量并获取立体卷铁心单框的非正弦激励电压,并提出了一种快速测量立体卷铁心单框损耗的试验方法,验证了试验方法的有效性。