逆变器输出滤波电感的损耗分析与测试研究

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磁性元件是电力电子技术中非常重要的一部分,承担着传递能量、储能、滤波、隔离等多方面的作用。功率变换器功率密度要求的提高,使得对磁性元件的要求也越来越高。因此,作为占到电路总损耗30%-50%的关键部件,磁性元件的损耗测试、损耗计算和优化设计等研究工作显得尤为重要。本文主要研究逆变器输出滤波电感的损耗,提出了一种测量电感损耗的解决方案,并在已有的磁损铜损建模方法基础上提出了两种磁损建模方案。同时通过损耗测试实验得到了性价比较高的选材方案,并对电感进行了优化设计。首先本文针对“电感两端电压电流非常接近90度相位差”和“滤波电感电流的直流偏置和占空比不断变化”两大测试难点,提出了基于同轴电阻和两个相同的普通电压探头来测量磁损的方法,同时对测量磁损需要的额外绕组的绕制方法也进行了讨论,最终给出了一套高精度高带宽原副边对称检测的电感损耗测试方案,该方案较好的解决了磁损测量难题,即使是不到1W的磁损也能精确测得。之后本文分析和总结了已有磁损建模方法,并在此基础上提出了两种基于不同原理的磁损建模方法。双包络线法是对loss map法的改进,可以将高频磁损和低频磁损清楚的分开并计算,在精度上有良好表现;修正的Steinmetz公式法利用磁导率曲线去修正直流偏置对损耗的影响,在实用性上有优势。同时,在总结了已有铜损建模方法的基础上,将Litz线绕组铜损计算的方法应用到了本文实验中。最后本文对铁硅、铁硅铝、高磁通和非晶四种磁芯材料做成的电感进行了磁损和总损耗测试,经过实验结果对比和分析,得出铁硅具有最高的性价比。同时,基于实验的铁硅电感,对绕组匝数进行了优化。本文提出的磁芯损耗测试方案测试精度高,并有较强的实用性,同时,文中给出的建模方法和优化思路具有一定的研究意义和价值,希望能为工程师提供一些参考。
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