現(xiàn)代電力電子技術(shù)Chapter7

第5章磁性元件與電容元件7.1磁性資料的根本特征7.2磁性資料中磁芯的三種不同任務(wù)形狀7.3磁性器件在功率電路運(yùn)用中留意的問題7.4電容元件1hljya01ccnb120ccdx120磁性元件變壓器電感工頻、中頻、高頻變壓器驅(qū)動變壓器；隔離變換器；電流互感器直流濾波電感；交流濾波電感；儲能電感；諧振電感；EMI抑制電感2磁性元器件—電感器和變壓器表征磁性元件的大多數(shù)參數(shù)(電感量，電壓、電流處置才干，頻率，匝比，漏感，損耗)對制造商是無所適從的。所以很難從市場上購得規(guī)范的磁性元器件，電源設(shè)計(jì)任務(wù)的大部分就是磁性元件的設(shè)計(jì)。對磁性元器件了解與設(shè)計(jì)才干是目前電力電子工程師的必備才干之一37.1磁學(xué)根底4MagneticfieldHandmagnetomotiveforceF7.1磁學(xué)根底5FluxdensityBandtotalfluxΦ7.1磁學(xué)根底67.1磁學(xué)根底7BS:飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Br:剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Hc:矯頑力根本磁化曲線7.1磁學(xué)根底8二、相對磁導(dǎo)率μr7.1磁學(xué)根底一、絕對磁導(dǎo)率μ越大闡明產(chǎn)生一樣磁感應(yīng)強(qiáng)度所需激磁H越小。真空：μ＝μ0＝410-7H/m三、等效磁導(dǎo)率μe9最大磁導(dǎo)率μmμr值是隨磁場強(qiáng)度變化的曲線。在某一磁場強(qiáng)度下，相對磁導(dǎo)率到達(dá)最大值，稱為最大磁導(dǎo)率μm。初始磁導(dǎo)率μi當(dāng)鼓勵磁場強(qiáng)度H→0時的磁導(dǎo)率稱為初始磁導(dǎo)率μi：7.1磁學(xué)根底10增量磁導(dǎo)率μ?在一個直流磁場上疊加一個交流磁場時，交流分量的磁導(dǎo)率即為增量磁導(dǎo)率μ?。7.1磁學(xué)根底11磁導(dǎo)率7.1磁學(xué)根底12磁導(dǎo)率7.1磁學(xué)根底13等效磁導(dǎo)率μe(磁路加氣隙后的磁導(dǎo)率)7.1磁學(xué)根底14有效磁導(dǎo)率μe(磁路加氣隙后的磁導(dǎo)率)根據(jù)全電流定律有磁芯磁通密度Bc=Bδ氣隙磁通密度等效磁導(dǎo)率μe7.1磁學(xué)根底15有效磁導(dǎo)率μe(磁路加氣隙后的磁導(dǎo)率)合成磁化曲線的線性度比資料磁化曲線好得多。也就是說磁芯資料特性的非線性被磁阻大得多的線性氣隙“湮沒〞了。而且可經(jīng)過改動氣隙的大小，方便地改動磁芯的有效磁導(dǎo)率。其次，由于氣隙的去磁作用，磁芯的剩磁感應(yīng)(Br)大大下降了，這個性能對單向磁化運(yùn)用非常有用。7.1磁學(xué)根底16磁性資料的損耗銅損：集膚效應(yīng)鐵損：磁滯損耗和渦流損耗磁滯回線包括的面積越大，損耗越大資料的電阻率越大，損耗越大；任務(wù)頻率越高，損耗越大7.1磁學(xué)根底177.2電力電子電路中磁芯的三種典型任務(wù)形狀Ⅰ類任務(wù)形狀－部分磁化〔Buck變換器濾波電感磁芯〕187.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅰ類任務(wù)形狀－部分磁化〔Buck變換器濾波電感磁芯〕這類磁芯任務(wù)形狀稱為Ⅰ類任務(wù)形狀，也稱為直流濾波電感任務(wù)形狀。屬于這類任務(wù)形狀的電感還有Boost電感、Boost/Buck電感、正激、非對稱半橋以及一切推挽拓?fù)洌仆臁霕蚝腿珮蜃儞Q器輸出濾波電感磁芯，以及單端反激變換器的電感—變壓器磁芯。197.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅰ類任務(wù)形狀－部分磁化特點(diǎn)1.任務(wù)在電流延續(xù)形狀下,直流偏磁大,交流分量小,任務(wù)于部分磁化曲線上,磁芯的磁導(dǎo)率是部分(增量)磁導(dǎo)率。由于只包圍部分磁滯回線面積小，磁滯和渦流損耗都小。因此選擇盡能夠高的飽和磁通密度資料，有利于減少這類磁芯的體積。2.由于含有較大的直流分量，因此在磁芯中產(chǎn)生很大的磁場強(qiáng)度H，為了不使磁芯飽和，磁芯的磁導(dǎo)率不該當(dāng)太高，即采用寬恒磁導(dǎo)率資料。假設(shè)采用高磁導(dǎo)率的磁芯，經(jīng)過在磁路中添加氣隙減少磁導(dǎo)率，這時的磁導(dǎo)率為有效磁導(dǎo)率μe，并可經(jīng)過氣隙的大小改動有效磁導(dǎo)率。207.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅱ類任務(wù)形狀－單向磁化〔正激變換器變壓器〕217.2磁性資料中磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅱ類任務(wù)形狀－單向磁化〔正激變換器變壓器〕這類磁芯任務(wù)形狀與濾波電感磁芯類似，都是單向磁化。不同之處在于當(dāng)晶體管導(dǎo)通時，正激變壓器磁芯從零磁場強(qiáng)度一方向磁化到磁感應(yīng)最大值；當(dāng)晶體管截止時，磁芯恢復(fù)到零磁場強(qiáng)度對應(yīng)的磁感應(yīng)值。假設(shè)不能回到導(dǎo)通時的磁芯初始磁化值，磁芯將逐漸磁化到±BS。磁芯任務(wù)磁化曲線如圖5-5(c)所示。這類磁芯任務(wù)形狀稱為Ⅱ類任務(wù)形狀或正激任務(wù)形狀。屬于這類任務(wù)磁芯形狀的除了正激變換器的功率變壓器外，還有脈沖驅(qū)動變壓器，直流脈沖電流互感器等。227.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅱ類任務(wù)形狀－單向磁化特點(diǎn)磁芯任務(wù)在磁化曲線的第一象限－單向磁化。磁芯任務(wù)在飽和磁感應(yīng)Bs和剩磁感應(yīng)Br之間，ΔB=Bm-Br。磁化電流從零開場，不參與能量傳輸，并在晶體管截止時，還要將其前往電源。假設(shè)此電流大，由此引起的線圈銅損和晶體管損耗就大。因此，該當(dāng)盡能夠采用剩磁感應(yīng)小，而高磁導(dǎo)率的資料，減少磁化電流。在功率變換器中，為減少變壓器的體積，在損耗允許的情況下盡量選擇較高的磁通密度。變壓器磁芯常留有一個很小氣隙，使得Br大大降低，以增大磁感應(yīng)擺幅。雖然激磁電流有所添加，但提高了ΔBm，減少磁芯體積?？傊@類磁芯應(yīng)選擇高有效磁導(dǎo)率μe，高Bs，低Br資料。237.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅲ類任務(wù)形狀－雙向磁化〔推挽型、全橋變換器變壓器〕247.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅲ類任務(wù)形狀－雙向磁化〔推挽型、全橋變換器變壓器〕257.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅲ類任務(wù)形狀－雙向磁化〔推挽型、全橋變換器變壓器〕267.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅲ類任務(wù)形狀－雙向磁化〔推挽型、全橋變換器變壓器〕277.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅲ類任務(wù)形狀－雙向磁化特點(diǎn)磁芯的磁感應(yīng)在±Bm變化，在半周期內(nèi)變化2Bm。在損耗允許的情況〔低頻〕下，普通取Bm<BS。磁芯資料的飽和磁感應(yīng)越高，Bm取值越高，磁芯的體積較小。由于磁芯雙向磁化，每個周期磁芯沿整個磁化曲線磁化一次，頻率越高，磁芯損耗越大。尤其任務(wù)于高頻時，除了磁滯損耗，磁芯渦流損耗隨頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度添加而指數(shù)添加，限制了Bm的取值。即在高頻時，為了使磁芯溫度不超越允許值，由允許的磁芯損耗決議磁芯的允許磁感應(yīng)值，Bm值普通遠(yuǎn)小于BS。因此高頻時，Ⅲ類與Ⅱ類任務(wù)形狀磁芯尺寸差別不大。對于大多數(shù)資料，在高頻>100kHz〕運(yùn)用時飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高低是無關(guān)緊要的。287.2磁芯的三種不同任務(wù)形狀Ⅲ類任務(wù)形狀－雙向磁化特點(diǎn)磁芯的磁感應(yīng)在±Bm變化，在半周期內(nèi)變化2Bm。在損耗允許的情況〔低頻〕下，普通取Bm<BS。磁芯資料的飽和磁感應(yīng)越高，Bm取值越高，磁芯的體積較小。由于磁芯雙向磁化，每個周期磁芯沿整個磁化曲線磁化一次，頻率越高，磁芯損耗越大。尤其任務(wù)于高頻時，除了磁滯損耗，磁芯渦流損耗隨頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度添加而指數(shù)添加，限制了Bm的取值。即在高頻時，為了使磁芯溫度不超越允許值，由允許的磁芯損耗決議磁芯的允許磁感應(yīng)值，Bm值普通遠(yuǎn)小于BS。因此高頻時，Ⅲ類與Ⅱ類任務(wù)形狀磁芯尺寸差別不大。對于大多數(shù)資料，在高頻〔>100kHz〕運(yùn)用時飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高低是無關(guān)緊要的。對于任務(wù)在Ⅲ類的磁芯資料應(yīng)具有高電阻率ρ，低的Br或HC，或兩者都小，以及高的飽和磁感應(yīng)BS。此外，為了減少磁芯存儲能量，磁芯該當(dāng)具有盡能夠高μ。297.3磁性器件在功率電路運(yùn)用中留意的問題(1)磁導(dǎo)率要高(2)要求具有很小的矯頑力Hc和狹窄的磁滯回線(3)電阻率ρ要高(4)具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS思索溫度特性307.4電容元件功率電路中的電容元件作用：儲能要求：1.容量大2.接受電壓高3.最大充放電電流317.4電容元件特點(diǎn)：任務(wù)在高頻形狀；不止一個頻率符號高頻等效電路327.4電容元件等效阻抗：阻抗特性阻性337.4電容元件一個常用的方法：大電容并小電容470uF0.1uF無感電容347.4電容元件電子電路中電容的功能：隔直，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)換，控制電路等方面標(biāo)稱容量以及允許偏向：目前我國采用的固定式標(biāo)稱容量系列是：E24，E12,E6系列。他們分別運(yùn)用的允許偏向是+-5%+-10%+-20%。電容的頻率特性：隨著頻率的上升，普通電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。電容器的擊穿電壓：電容器正常漏導(dǎo)的穩(wěn)定形狀被破壞的電壓。357.4電容元件電容器的絕緣電阻：直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏導(dǎo)電流，兩者之比稱為絕緣電阻