一种基于开关振荡的磁芯损耗测量系统与方法

本发明涉及磁芯损耗测量，尤其是涉及一种基于开关振荡的磁芯损耗测量系统与方法。

背景技术：

1、电力电子功率变换器小型化，高频化发展趋势对功率器件的功率密度与效率提出了更高的要求，而磁性元件的磁芯损耗是功率变换器损耗的重要部分，因此磁芯损耗的准确测量对功率变换器系统设计与运行具有重要意义。

2、目前已有的磁芯损耗测量方法可大致分为热方法与电方法两类。热方法的基本思想是通过测量热室中由磁芯损耗引起的温度变化得到损耗量。电方法通常采用双绕组法，在注入正弦电压条件下，通过测量磁性元件电压与电流计算磁芯损耗。为提高精度，双绕组法往往外加调谐电容在谐振条件下测量磁芯损耗。

3、对比现有的磁芯损耗测量技术可知：热方法测量精度高，但对热室要求高，操作复杂，测量时间较长；双绕组法实施简便，但会因电压、电测量相差引起磁芯损耗测量误差。特别对于高频磁芯，由相差引起的测量误差往往不容忽略。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种测量精度高、简便高效的基于开关振荡的磁芯损耗测量系统与方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种基于开关振荡的磁芯损耗测量系统，该系统包括：

4、可调直流电源：并联在直流电容两端，用于给直流电容充电；

5、直流电容：为磁芯损耗测试提供能量；

6、待测磁性元件：并联在直流电容两端；

7、调频电容：并联在待测磁性元件两端，用于调整磁芯损耗测试的目标频率；

8、开关：第一开关k1安装在直流电容与可调直流电源之间，用于控制直流电容充电；第二开关k2安装在直流电容与待测磁性元件之间，用于激发高频振荡；

9、信号采集模块：使用电流探头测量流经待测磁性元件电流il，使用电压探头测量调频电容两端电压uc；

10、磁芯损耗计算模块：对测量得到的电感电流、电容电压进行计算处理，得到磁芯损耗数据并绘制磁芯损耗密度曲线。

11、优选地，所述调频电容为低损耗调频电容。

12、优选地，所述待测磁性元件为电感或变压器。

13、优选地，所述磁芯损耗密度曲线为磁芯损耗密度与磁通密度幅值的关系曲线，其中磁芯损耗密度是单位体积内的磁芯损耗。

14、根据本发明的第二方面，提供了一种采用上述的基于开关振荡的磁芯损耗测量系统的方法，该方法包括以下步骤：

15、步骤s1、直流电容充电：第一开关k1合闸，第二开关k2断开，调节可调直流电源将直流电容充电到u0；

16、步骤s2、待测磁性元件充能：断开第一开关k1后合闸第二开关k2，等待t0后关断第二开关k2；

17、步骤s3、振荡测试：测量流经待测磁性元件的电流il与调频电容两端电压uc；

18、步骤s4、数据处理：计算磁芯损耗密度并绘制曲线。

19、优选地，所述步骤s4具体为：

20、选取相邻两个周期，计算出磁芯损耗密度曲线上的一个点；

21、按时间依次选取相邻两个周期得到多个磁芯损耗密度曲线上的点，拟合得到磁芯损耗密度曲线。

22、优选地，根据电压电流振荡波形，磁芯损耗密度曲线中第i点对应的磁芯损耗密度和磁通密度计算公式为：

23、

24、

25、其中upeak_i、upeak_i+1分别为电压振荡中第i与i+1个峰值；ipeak_i、ipeak_i+1分别为upeak_i与upeak_i+1时刻对应的电流振荡包络线的值；v是磁芯体积；n为待测磁性元件的匝数；a为待测磁芯截面积；ω为振荡角频率；pcore_loss_i是磁芯损耗密度曲线中第i点的磁芯损耗密度。

26、根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述的方法。

27、根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现任一项所述的方法。

28、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

29、1)精度高：当前工程上常用的双绕组法难以消除由电压与电流测量相差所引起的磁芯损耗测量误差(如两个探头延时相差等)；特别是在高频段，电压与电流测量相差的影响很大；本发明通过测量电压、电流峰值计算磁芯损耗，不存在测量相差问题；

30、2)简便高效：测量回路结构简单，无需高端昂贵的设备，且一次测量可以得到磁芯损耗密度曲线上的多个点。

技术特征：

1.一种基于开关振荡的磁芯损耗测量系统，其特征在于，该系统包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于开关振荡的磁芯损耗测量系统，其特征在于，所述调频电容为低损耗调频电容。

3.根据权利要求1所述的一种基于开关振荡的磁芯损耗测量系统，其特征在于，所述待测磁性元件为电感或变压器。

4.根据权利要求1所述的一种基于开关振荡的磁芯损耗测量系统，其特征在于，所述磁芯损耗密度曲线为磁芯损耗密度与磁通密度幅值的关系曲线，其中磁芯损耗密度是单位体积内的磁芯损耗。

5.一种采用权利要求1～4任一项所述的基于开关振荡的磁芯损耗测量系统的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据电压电流振荡波形，磁芯损耗密度曲线中第i点对应的磁芯损耗密度和磁通密度幅值计算公式为：

8.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求5～7任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求5～7中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种基于开关振荡的磁芯损耗测量系统及方法，该系统包括：可调直流电源：并联在直流电容两端，用于给直流电容充电；直流电容：为磁芯损耗测试提供能量；待测磁性元件：并联在直流电容两端；调频电容：并联在待测磁性元件两端，用于调整磁芯损耗测试的目标频率；开关：第一开关安装在直流电容与可调直流电源之间，用于控制直流电容充电；第二开关安装在直流电容与待测磁性元件之间，用于激发高频振荡；信号采集模块：测量流经待测磁性元件电流和调频电容两端电压；磁芯损耗计算模块：对测量得到的电感电流、电容电压进行计算处理，得到磁芯损耗数据并绘制磁芯损耗密度曲线。与现有技术相比，本发明具有精度高、简便高效的优点。

技术研发人员：向大为,孙志文,李豪
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14