[發(fā)明專利]基于直流偏置下的非線性電感損耗測量方法

有效

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• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN102768307A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭峰;張鈺;王培康;王駿飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及損耗測量方法，特別涉及磁性元件中的鐵損測量，可用于直流偏置情況下對非線性電感損耗的測量。

背景技術(shù)

由于磁性元件中鐵損測量的特殊性，不同工況下，鐵損的估算一直是困擾學(xué)界、業(yè)界的難題之一。近幾十年來，有限元方法被廣大工程技術(shù)人員和科研人員所采用：Basak采用有限元法開發(fā)了一款用來分析三相三臂變壓器鐵芯的磁場分布和損耗分布的軟件；Ansys和Ansoft公司也推出了基于有限元法的嵌入式鐵芯損耗測量模塊軟件。但是測量電感鐵芯損耗時還是遇到了諸多問題，究其原因有以下幾點：首先，由于在一般的工作情況下，電感鐵芯總是應(yīng)用于較大的直流電流偏置的環(huán)境下，而在這些直流偏置的影響下，損耗會有很大的不同，所以，電感鐵損問題的分析需要在電感的平均電流和電感上電壓伏秒值均為穩(wěn)態(tài)時進(jìn)行，而常見的有限元軟件需要經(jīng)過很長的時間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，這導(dǎo)致求解的過程過于漫長；其次，電感部分飽和的情況在實際生產(chǎn)中比較常見，如磁飽和電感、瞬態(tài)尖峰吸收電感、LTCC電感等在實際工作中都會有飽和的現(xiàn)象產(chǎn)生，而根據(jù)Stienmetz公式表明，損耗是與磁感應(yīng)強度的振幅ΔB有關(guān)，需要準(zhǔn)確測量損耗的時候，必須要按照鐵損密度的梯度關(guān)系來進(jìn)行網(wǎng)格劃分，否則，將會產(chǎn)生較大的誤差；最后，由于電感的這種飽和現(xiàn)象，電流波形并非三角波，如何確定施加電壓激勵的起始點，保證施加后的電流響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)工作的電流波形一致，成為可靠獲得一個周期內(nèi)ΔB的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于直流偏置下的非線性電感損耗測量方法，以提高磁芯損耗的測量速度和準(zhǔn)確性。

實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)用千分尺量出被測電感的尺寸，得到電感的幾何參數(shù)；

(2)在有限元軟件中，按照電感的幾何參數(shù)建立大小與實際電感相同的有限元模型，并將電感模型用平均網(wǎng)孔法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，任意設(shè)定每個單元的體積，記為V，形成大小相同的N個單元；

(3)計算電感模型應(yīng)施加的電壓激勵U，使電感模型中的電流達(dá)到設(shè)定的偏置電流I_dc，該偏置電流為電感所在的實際電路中的平均電流值；

(4)對電感模型施加一個周期信號V(D)，該周期信號V(D)高電平和低電平的幅值為電感所在實際電路中電感兩端等效電壓信號的幅值；該周期信號開始的高電平施加時間占整個周期的比值V(D)記為前項占空比D，調(diào)整電感模型應(yīng)施加周期信號的前項占空比D，得到最終的周期信號V'(D)，再將該周期信號V'(D)施加給電感模型，使電感模型中的電流與電感所在的實際電路中的電流波形一致；

(5)在有限元軟件中求得電感磁芯在一個周期內(nèi)磁感應(yīng)強度的振幅ΔB；

(6)通過Stienmetz方程計算每個單元的磁芯損耗密度：

P＝k(H_DC)ΔB^αf^β，

式中k(H_DC)為直流磁場強度的函數(shù)，f為頻率，α和β分別為Stienmetz磁感應(yīng)系數(shù)和頻率系數(shù)；

(7)將每個單元的磁芯損耗密度P與每個單元的體積V相乘，得到每個單元的磁芯損耗，再對每個單元的損耗求和，得到整個磁芯的總損耗L：

L=Σn=1NP*V]]>

(8)重新對電感模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，使新劃分網(wǎng)格后每個單元的體積V'小于最開始網(wǎng)格劃分后的體積V，計算得到新的磁芯損耗L'；

(9)設(shè)定誤差標(biāo)準(zhǔn)ε，將L與L'的差值與ε進(jìn)行比較；若|L-L′|/L'≤ε,則將L作為最終磁芯損耗；若|L-L′|/L'＞ε，則將磁芯劃分為體積更小的單元，重復(fù)步驟(2)-(9)重新計算磁芯損耗，直到滿足|L-L′|/L'≤ε。

所述步驟(3)計算電感模型應(yīng)施加的電壓激勵U，按如下步驟進(jìn)行：

(3a)選取兩個電壓值u₁和u₂作為電壓激勵，設(shè)定u₁為0，u₂任意選取一個大于0的值,電壓激勵時間t₁為任意大于0的值；