[发明专利]一种测量和评估有气隙磁元件绕组交流电阻的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高频磁元件绕组损耗技术领域，特别是一种有气隙高频磁性元件绕组交流电阻的测量方法。

背景技术

磁元件担负着磁能的传递、存储、滤波等功能，在功率变换器中起着极其重要的作用，随着功率变换器往高频和高功率密度趋势发展，其磁元件损耗成制约其发展的关键因素之一。磁元件绕组损耗的测量技术作为研究磁元件损耗的基础，一直备受国内外研究者的关注，其测量精度影响着磁元件损耗的分析以及模型的建立，而对于磁元件绕组损耗的测量可以通过测量磁元件绕组的交流电阻计算得到。

现有磁元件绕组交流电阻的测量方法中，对于变压器，一般采用绕组短路测量法。由于绕组短路，磁芯磁通基本为零，因此测量得到的总交流电阻就是绕组交流电阻。但对于有气隙的磁元件，如电感器，目前还没有有效的方法从测量得到的总交流电阻中分离出绕组交流电阻和磁芯电阻。对于气隙磁元件，绕组窗口的磁场十分复杂，影响因素很多，如气隙位置、大小、个数、绕组窗口形状以及绕组线规和布置方式等，研究表明不同的气隙参数设计对绕组交流电阻影响很大。国内外目前还没有一种有效的磁元件绕组交流阻抗测量评估方法，因此研究有气隙磁元件绕组交流电阻的测量技术具有重要的理论分析和实际应用价值。

发明内容

针对现有测量技术无法对有气隙磁元件高频绕组的交流电阻进行有效测量的问题，本发明提供一种磁元件绕组交流电阻的测量评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测量和评估有气隙磁元件励磁绕组交流电阻的方法，其特征在于：所述有气隙磁元件由磁芯、各气隙和励磁绕组组成；将所述有气隙磁元件的各气隙部分去除，形成一个无气隙磁元件，沿所述各气隙位置绕制绕组以形成气隙等效绕组，并进行短路或连接，以代替各气隙的作用，测量所述无气隙磁元件励磁绕组两端的交流电阻，并从所述交流电阻中扣除各气隙等效绕组折算反射到励磁绕组侧的电阻，从而得到所述有气隙磁元件励磁绕组的交流电阻，更进一步根据励磁绕组的工作电流得到励磁绕组损耗。

在本发明一实施例中，该方法能用于测量不同气隙设计参数(如不同的气隙位置、个数和大小)的交流电阻和评估不同气隙设计方案对绕组交流电阻的影响。

在本发明一实施例中，所述各气隙等效绕组位于各气隙的位置，且其宽度与有气隙磁元件的对应的各气隙宽度相同。

在本发明一实施例中，气隙等效绕组采用相对于测量频率下涡流透入深度来说线径尽量细的导线（如0.01mm）或厘兹线绕制，以保证气隙等效绕组的交流电阻基本等于其直流电阻。

在本发明一实施例中，所述短路的方式是将各气隙等效绕组短路，实现对励磁绕组交流电阻的测量。

在本发明一实施例中，所述短路的方式是将各气隙等效绕组的异名端连接串联起来之后短路，实现对励磁绕组交流电阻的测量，其中各气隙等效绕组的匝数比例等于各气隙长度的比例。

在本发明一实施例中，所述连接的方式是将磁元件励磁绕组与气隙等效绕组同名端连接串联，实现对励磁绕组交流电阻的测量，各气隙等效绕组的总匝数等于励磁绕组的匝数。

在本发明一实施例中，所述连接的方式是将磁元件各气隙等效绕组异名端连接串联组成一总的气隙等效绕组 ，再将该总的气隙等效绕组与 励磁绕组同名端连接串联，实现对励磁绕组交流电阻的测量，其中各气隙等效绕组的总匝数等于励磁绕组的匝数，且各气隙等效绕组的匝数比例等于各气隙长度的比例。

在本发明一实施例中，采用两端交流阻抗测量仪器，测量所述被测磁元件励磁绕组端口的交流电阻                                                ，进而根据算出励磁绕组电阻，其中为气隙等效绕组的直流电阻，为励磁绕组与气隙等效绕组的匝数比值，进一步通过公式计算获得励磁绕组的交流损耗。严格上说，如上测量方法得到的有气隙磁元件的交流电阻还包括本发明所述的无气隙磁元件的磁芯电阻，但由于本发明所述的无气隙磁元件的励磁绕组安匝磁势与气隙等效绕组的安匝磁势大小相等方向相反，两者产生的磁场相互抵消，此时磁芯中的磁通密度很小，只存在于气隙等效绕组靠近的很小一部分磁芯，因此相对于本发明所述的气隙电感磁芯电阻，等效气隙电感的磁芯电阻完全可以忽略不计。