专利名称：基于直流偏置下的非线性电感损耗测量方法
技术领域：
本发明涉及损耗测量方法，特别涉及磁性元件中的铁损测量，可用于直流偏置情况下对非线性电感损耗的测量。
背景技术：
由于磁性元件中铁损测量的特殊性，不同工况下，铁损的估算一直是困扰学界、业界的难题之一。近几十年来，有限元方法被广大工程技术人员和科研人员所采用=Basak采用有限元法开发了一款用来分析三相三臂变压器铁芯的磁场分布和损耗分布的软件；Ansys和Ansoft公司也推出了基于有限元法的嵌入式铁芯损耗测量模块软件。但是测量电感铁芯损耗时还是遇到了诸多问题，究其原因有以下几点首先，由于在一般的工作情况下，电感铁芯总是应用于较大的直流电流偏置的环境下，而在这些直流偏置的影响下，损耗会有很大的不同，所以，电感铁损问题的分析需要在电感的平均电流和电感上电压伏秒值均为稳态时进行，而常见的有限元软件需要经过很长的时间才能达到稳态，这导致求解的 过程过于漫长；其次，电感部分饱和的情况在实际生产中比较常见，如磁饱和电感、瞬态尖峰吸收电感、LTCC电感等在实际工作中都会有饱和的现象产生,而根据Stienmetz公式表明，损耗是与磁感应强度的振幅ΛΒ有关，需要准确测量损耗的时候，必须要按照铁损密度的梯度关系来进行网格划分，否则，将会产生较大的误差；最后，由于电感的这种饱和现象，电流波形并非三角波，如何确定施加电压激励的起始点，保证施加后的电流响应与稳态工作的电流波形一致，成为可靠获得一个周期内ΛΒ的关键。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于直流偏置下的非线性电感损耗测量方法，以提高磁芯损耗的测量速度和准确性。实现上述目的的技术方案包括如下步骤(I)用千分尺量出被测电感的尺寸，得到电感的几何参数；(2)在有限元软件中，按照电感的几何参数建立大小与实际电感相同的有限元模型，并将电感模型用平均网孔法进行网格划分，任意设定每个单元的体积，记为V，形成大小相同的N个单元；(3)计算电感模型应施加的电压激励U，使电感模型中的电流达到设定的偏置电流Id。，该偏置电流为电感所在的实际电路中的平均电流值；(4)对电感模型施加一个周期信号V(D)，该周期信号V(D)高电平和低电平的幅值为电感所在实际电路中电感两端等效电压信号的幅值；该周期信号开始的高电平施加时间占整个周期的比值V(D)记为前项占空比D，调整电感模型应施加周期信号的前项占空比D，得到最终的周期信号V’(D)，再将该周期信号V’ (D)施加给电感模型，使电感模型中的电流与电感所在的实际电路中的电流波形一致；(5)在有限元软件中求得电感磁芯在一个周期内磁感应强度的振幅Λ B ；
(6)通过Stienmetz方程计算每个单元的磁芯损耗密度P = k(Hdc) Δ Ba f0,式中kOU为直流磁场强度的函数，f为频率，a和β分别为Stienmetz磁感应系数和频率系数；(7)将每个单元的磁芯损耗密度P与每个单元的体积V相乘，得到每个单元的磁芯损耗，再对每个单元的损耗求和，得到整个磁芯的总损耗L
权利要求
1.一种基于直流偏置下的非线性电感损耗测量方法，包括如下步骤 (1)用千分尺量出被测电感的尺寸，得到电感的几何参数； (2)在有限元软件中，按照电感的几何参数建立大小与实际电感相同的电感模型，并将电感模型用平均网孔法进行网格划分，任意设定每个单元的体积，记为V，形成大小相同的N个单元； (3)计算电感模型应施加的电压激励U，使电感模型中的电流达到设定的偏置电流Id。，该偏置电流为电感所在的实际电路中的平均电流值； (4)对电感模型施加一个周期信号V(D)，该周期信号V(D)高电平和低电平的幅值为电感所在实际电路中电感两端等效电压信号的幅值；该周期信号V(D)开始的高电平施加时间占整个周期的比值记为前项占空比D，调整电感模型应施加周期信号的前项占空比D，得到最终的周期信号V’(D)，再将该周期信号V’ (D)施加给电感模型，使电感模型中的电流与电感所在的实际电路中的电流波形一致； (5)在有限元软件中求得电感磁芯在一个周期内磁感应强度的振幅AB; (6)通过Stienmetz方程计算每个单元的磁芯损耗密度P = k(Hdc) ABafe, 式中k(HD。)为直流磁场强度的函数，f 为频率，a和0分别为Stienmetz磁感应系数和频率系数； (7)将每个单元的磁芯损耗密度P与每个单元的体积V相乘，得到每个单元的磁芯损耗，再对每个单元的损耗求和，得到整个磁芯的总损耗L N (8)重新对电感模型进行网格划分，使新划分网格后每个单元的体积V’小于最开始网格划分后的体积V，计算得到新的磁芯损耗L’ ； (9)设定误差标准e，若|L-L'|/L’ ( e ,则将L作为最终磁芯损耗；若|L_L' /L’ > e，则将磁芯划分为体积更小的单元，重复步骤(2)-(9)重新计算磁芯损耗，直到满足L-L，I /L，彡 e。
2.根据权利要求I所述的方法，其中步骤(3)所述的计算电感模型应施加的电压激励U，按如下步骤进行 (3a)选取两个电压值U1和U2作为电压激励,设定U1为0, U2任意选取一个大于0的值，电压激励时间h为任意大于0的值； (3b)将电压激励U1和U2分别施加在电感模型上，经过h时间后，得到电感模型中的电流值I1和I2 ; (3c)将电流值I1和I2与设定的偏置电流Id。分别做差，并将两差值相乘，得到乘积A为A = (He) (I2-Idc)， (3d)根据上式的乘积结果，选择电压激励u3: 若乘积A大于0，则重新选取电压激励U2值，重复步骤(3a) - (3c)，直到该乘积小于0为止;
3.根据权利要求I所述的方法，其中步骤(4)所述的调整电感模型应施加周期信号的前项占空比D，得到最终的周期信号V’(D)，按如下步骤进行 (4a)选取两个不同的前项占空比D1和D2，设定D1为0，D2任意选取一个大于0值；(4b)将两个不同前项占空KD1和D2的周期信号施加在电感模型上，经过一个周期后，得到电感模型中的电流值I1和I2 ； (4c)将电流值Ip 12与设定的直流偏置电流Id。分别做差，并将两个差值相乘，得到乘积为C = (I1-Idc) (I3-Idc); (4d)根据上式的乘积结果C，选择周期信号的前项占空比D3若乘积C大于0，则重新选取D2值，重复步骤(4a) - (4c)，直到乘积C小于0为止；若乘积C小于0，则选取D1和D2的平均值D3,将前项占空比为D3的周期信号施加到电感模型上，在电感模型中产生电流13，D3的计算公式为
全文摘要
本发明公开了一种基于直流偏置下的非线性电感损耗测量方法，主要解决现有技术求解非线性电感磁芯损耗速度慢的问题。其实现步骤是先量出被测电感的尺寸，得到其物理参数；在有限元软件中建立电感模型，并对其进行网格划分；对电感模型施加电压激励，使得电感模型中的电流值等于设定的偏置电流；当电感模型中的电流到达偏置电流后，对电感模型施加周期信号，使得电感模型中的电流波形与实际电流一致；用Stienmetz方程计算磁芯损耗密度，最终通过求和得到整个电感磁芯的损耗。本发明具有测量速度快、精度高的优点，可用于电路设计。
文档编号G01R27/26GK102768307SQ20121025541
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者张钰, 王培康, 王骏飞, 郑峰 申请人:西安电子科技大学