回转器-电容磁件仿真模型的初步研究与应用

摘要

磁性元件是电力电子系统中的重要组成部分，它对变换器的体积、重量、电流脉动，输出动态性能、效率以及器件的电压、电流应力等都有很大的影响。磁件的建模和仿真对优化磁件设计、充分了解其工作状态、准确分析整个系统的动静态特性有重要的意义。 论文首先简要介绍了电力电子磁技术的发展和磁件的数学模型，针对现有各种仿真模型的局限性，面向大多数电力电子工程师和系统研究的需要，选择了回转器－电容模型做为仿真建模的基础。并针对回转器－电容模型中铁心磁特性的精确模拟开展研究。 首先研究如何模拟铁心的基本磁化曲线。基于铁心基本磁化曲线的磁导-回转器仿真模型，研究了模型参数的影响，通过系列化的模拟和对比，总结出不同铁心材料对应的模型参数n的取值范围；并从磁化曲线的特征参数出发，给出饱和模型参数的确定方法。然后，模拟铁心的磁滞回线。分析了现有用线性电阻模拟磁滞特性存在的问题，提出基于非线性电阻的铁心磁滞回线的磁导-回转器仿真模型。从磁化曲线的特征参数的准确模拟出发，给出非线性电阻模型参数的确定方法。仿真得到的磁化曲线与厂家提供的磁化曲线的对比证明了所建模型的有效性。模型参数与铁心磁化曲线特征参数关联紧密，模型具有强的实用性。 利用所建的磁件仿真模型，结合3.5kW PFC变换器和采用磁放大器作后级稳压的多路输出电源，对采用铁粉心材料和非晶材料这两种具有典型非线性特征磁材实现的电感进行了参数设计、磁件建模和系统仿真分析。仿真结果和实验结果具有较好的一致性，说明了所建立的回转器－电容模型能够较准确的模拟磁件的非线性特性，为电力电子系统的设计和优化提供有力的支持和帮助。