现代电力电子技术Chapter7

第5章磁性元件与电容元件7.1磁性资料的根本特征7.2磁性资料中磁芯的三种不同任务形状7.3磁性器件在功率电路运用中留意的问题7.4电容元件1hljya01ccnb120ccdx120磁性元件变压器电感工频、中频、高频变压器驱动变压器；隔离变换器；电流互感器直流滤波电感；交流滤波电感；储能电感；谐振电感；EMI抑制电感2磁性元器件—电感器和变压器表征磁性元件的大多数参数(电感量，电压、电流处置才干，频率，匝比，漏感，损耗)对制造商是无所适从的。所以很难从市场上购得规范的磁性元器件，电源设计任务的大部分就是磁性元件的设计。对磁性元器件了解与设计才干是目前电力电子工程师的必备才干之一37.1磁学根底4MagneticfieldHandmagnetomotiveforceF7.1磁学根底5FluxdensityBandtotalfluxΦ7.1磁学根底67.1磁学根底7BS:饱和磁感应强度Br:剩余磁感应强度Hc:矫顽力根本磁化曲线7.1磁学根底8二、相对磁导率µr7.1磁学根底一、绝对磁导率µ越大阐明产生一样磁感应强度所需激磁H越小。真空：µ＝µ0＝410-7H/m三、等效磁导率µe9最大磁导率µmμr值是随磁场强度变化的曲线。在某一磁场强度下，相对磁导率到达最大值，称为最大磁导率μm。初始磁导率µi当鼓励磁场强度H→0时的磁导率称为初始磁导率μi：7.1磁学根底10增量磁导率µ∆在一个直流磁场上叠加一个交流磁场时，交流分量的磁导率即为增量磁导率µ∆。7.1磁学根底11磁导率7.1磁学根底12磁导率7.1磁学根底13等效磁导率μe(磁路加气隙后的磁导率)7.1磁学根底14有效磁导率μe(磁路加气隙后的磁导率)根据全电流定律有磁芯磁通密度Bc=Bδ气隙磁通密度等效磁导率μe7.1磁学根底15有效磁导率μe(磁路加气隙后的磁导率)合成磁化曲线的线性度比资料磁化曲线好得多。也就是说磁芯资料特性的非线性被磁阻大得多的线性气隙“湮没〞了。而且可经过改动气隙的大小，方便地改动磁芯的有效磁导率。其次，由于气隙的去磁作用，磁芯的剩磁感应(Br)大大下降了，这个性能对单向磁化运用非常有用。7.1磁学根底16磁性资料的损耗铜损：集肤效应铁损：磁滞损耗和涡流损耗磁滞回线包括的面积越大，损耗越大资料的电阻率越大，损耗越大；任务频率越高，损耗越大7.1磁学根底177.2电力电子电路中磁芯的三种典型任务形状Ⅰ类任务形状－部分磁化〔Buck变换器滤波电感磁芯〕187.2磁芯的三种不同任务形状Ⅰ类任务形状－部分磁化〔Buck变换器滤波电感磁芯〕这类磁芯任务形状称为Ⅰ类任务形状，也称为直流滤波电感任务形状。属于这类任务形状的电感还有Boost电感、Boost/Buck电感、正激、非对称半桥以及一切推挽拓扑－推挽、半桥和全桥变换器输出滤波电感磁芯，以及单端反激变换器的电感—变压器磁芯。197.2磁芯的三种不同任务形状Ⅰ类任务形状－部分磁化特点1.任务在电流延续形状下,直流偏磁大,交流分量小,任务于部分磁化曲线上,磁芯的磁导率是部分(增量)磁导率。由于只包围部分磁滞回线面积小，磁滞和涡流损耗都小。因此选择尽能够高的饱和磁通密度资料，有利于减少这类磁芯的体积。2.由于含有较大的直流分量，因此在磁芯中产生很大的磁场强度H，为了不使磁芯饱和，磁芯的磁导率不该当太高，即采用宽恒磁导率资料。假设采用高磁导率的磁芯，经过在磁路中添加气隙减少磁导率，这时的磁导率为有效磁导率μe，并可经过气隙的大小改动有效磁导率。207.2磁芯的三种不同任务形状Ⅱ类任务形状－单向磁化〔正激变换器变压器〕217.2磁性资料中磁芯的三种不同任务形状Ⅱ类任务形状－单向磁化〔正激变换器变压器〕这类磁芯任务形状与滤波电感磁芯类似，都是单向磁化。不同之处在于当晶体管导通时，正激变压器磁芯从零磁场强度一方向磁化到磁感应最大值；当晶体管截止时，磁芯恢复到零磁场强度对应的磁感应值。假设不能回到导通时的磁芯初始磁化值，磁芯将逐渐磁化到±BS。磁芯任务磁化曲线如图5-5(c)所示。这类磁芯任务形状称为Ⅱ类任务形状或正激任务形状。属于这类任务磁芯形状的除了正激变换器的功率变压器外，还有脉冲驱动变压器，直流脉冲电流互感器等。227.2磁芯的三种不同任务形状Ⅱ类任务形状－单向磁化特点磁芯任务在磁化曲线的第一象限－单向磁化。磁芯任务在饱和磁感应Bs和剩磁感应Br之间，ΔB=Bm-Br。磁化电流从零开场，不参与能量传输，并在晶体管截止时，还要将其前往电源。假设此电流大，由此引起的线圈铜损和晶体管损耗就大。因此，该当尽能够采用剩磁感应小，而高磁导率的资料，减少磁化电流。在功率变换器中，为减少变压器的体积，在损耗允许的情况下尽量选择较高的磁通密度。变压器磁芯常留有一个很小气隙，使得Br大大降低，以增大磁感应摆幅。虽然激磁电流有所添加，但提高了ΔBm，减少磁芯体积。总之，这类磁芯应选择高有效磁导率µe，高Bs，低Br资料。237.2磁芯的三种不同任务形状Ⅲ类任务形状－双向磁化〔推挽型、全桥变换器变压器〕247.2磁芯的三种不同任务形状Ⅲ类任务形状－双向磁化〔推挽型、全桥变换器变压器〕257.2磁芯的三种不同任务形状Ⅲ类任务形状－双向磁化〔推挽型、全桥变换器变压器〕267.2磁芯的三种不同任务形状Ⅲ类任务形状－双向磁化〔推挽型、全桥变换器变压器〕277.2磁芯的三种不同任务形状Ⅲ类任务形状－双向磁化特点磁芯的磁感应在±Bm变化，在半周期内变化2Bm。在损耗允许的情况〔低频〕下，普通取Bm<BS。磁芯资料的饱和磁感应越高，Bm取值越高，磁芯的体积较小。由于磁芯双向磁化，每个周期磁芯沿整个磁化曲线磁化一次，频率越高，磁芯损耗越大。尤其任务于高频时，除了磁滞损耗，磁芯涡流损耗随频率和磁感应强度添加而指数添加，限制了Bm的取值。即在高频时，为了使磁芯温度不超越允许值，由允许的磁芯损耗决议磁芯的允许磁感应值，Bm值普通远小于BS。因此高频时，Ⅲ类与Ⅱ类任务形状磁芯尺寸差别不大。对于大多数资料，在高频>100kHz〕运用时饱和磁感应强度高低是无关紧要的。287.2磁芯的三种不同任务形状Ⅲ类任务形状－双向磁化特点磁芯的磁感应在±Bm变化，在半周期内变化2Bm。在损耗允许的情况〔低频〕下，普通取Bm<BS。磁芯资料的饱和磁感应越高，Bm取值越高，磁芯的体积较小。由于磁芯双向磁化，每个周期磁芯沿整个磁化曲线磁化一次，频率越高，磁芯损耗越大。尤其任务于高频时，除了磁滞损耗，磁芯涡流损耗随频率和磁感应强度添加而指数添加，限制了Bm的取值。即在高频时，为了使磁芯温度不超越允许值，由允许的磁芯损耗决议磁芯的允许磁感应值，Bm值普通远小于BS。因此高频时，Ⅲ类与Ⅱ类任务形状磁芯尺寸差别不大。对于大多数资料，在高频〔>100kHz〕运用时饱和磁感应强度高低是无关紧要的。对于任务在Ⅲ类的磁芯资料应具有高电阻率ρ，低的Br或HC，或两者都小，以及高的饱和磁感应BS。此外，为了减少磁芯存储能量，磁芯该当具有尽能够高μ。297.3磁性器件在功率电路运用中留意的问题(1)磁导率要高(2)要求具有很小的矫顽力Hc和狭窄的磁滞回线(3)电阻率ρ要高(4)具有较高的饱和磁感应强度BS思索温度特性307.4电容元件功率电路中的电容元件作用：储能要求：1.容量大2.接受电压高3.最大充放电电流317.4电容元件特点：任务在高频形状；不止一个频率符号高频等效电路327.4电容元件等效阻抗：阻抗特性阻性337.4电容元件一个常用的方法：大电容并小电容470uF0.1uF无感电容347.4电容元件电子电路中电容的功能：隔直，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制电路等方面标称容量以及允许偏向：目前我国采用的固定式标称容量系列是：E24，E12,E6系列。他们分别运用的允许偏向是+-5%+-10%+-20%。电容的频率特性：随着频率的上升，普通电容器的电容量呈现下降的规律。电容器的击穿电压：电容器正常漏导的稳定形状被破坏的电压。357.4电容元件电容器的绝缘电阻：直流电压加在电容上，并产生漏导电流，两者之比称为绝缘电阻