回转器—电容模型中变压器寄生参数的研究

论文摘要

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,对其准确的建模是研究分析、仿真、优化磁性元件设计的基础。随着电力电子磁技术高频化、平面化、集成化、阵列化的发展趋势,磁性元件寄生参数对电力电子电路的影响越来越明显,磁技术发展的相对缓慢已成为制约电力电子技术发展的重要因素,因此研究磁性元件的寄生参数、完善磁性元件的模型具有重要的意义。论文首先简要介绍了电力电子磁技术的发展和数学模型,通过对比说明回转器-电容模型具有建模简单直观、同时反映磁心和绕组特性等优点,但现有回转器-电容模型的研究仍然存在不够完善之处,还不能反映变压器的漏磁通、分布电容等寄生参数。本文基于回转器-电容模型,面向大多数电力电子工程师和系统研究的需要,针对变压器漏磁通和分布电容进行研究。通过讨论漏磁通实际的物理概念将漏磁通引入到回转器-电容模型中,提出以并联在回转器副边的漏磁导电容来表示漏磁通的方法。依据空间内磁场强度决定磁场储能的基本原理,求出对应到端口的等效漏磁导电容值。在此基础上还分析了绕组采用顺绕和夹绕不同绕制方式下漏磁通的变化情况,并给出了相应的漏磁导电容值的计算方法。根据导体系统的概念解释了什么是分布电容,通过分析给出了含分布电容的变压器模型,并指出层间电容是绕组组内电容的主体。随后根据空间内电场强度决定电场储能的基本原理,分析了立式、平面变压器绕组层间和绕组组间储能的情况,给出了典型绕组结构的等效层间电容和组间电容求法。对于绕组层数较多的情况,还讨论了顺绕和回绕两种不同方式下层间电容的不同,给出了这两种方式下层间电容的近似公式。通过采用不同模型对一个双管正激电路的仿真,验证了新模型能够很好的体现变压器的漏磁通。实际选取了传统立式变压器和平面变压器进行实验验证。实验的结果与计算的结果基本吻合,证明了文中提出的漏磁导电容和绕组分布电容计算方法的正确性,说明所建立的回转器-电容模型能够较准确的模拟实际的变压器,为电力电子系统的设计和优化提供了有力的支持和帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电力电子磁技术的发展
• 1.2 磁性元件的数学模型概述
• 1.3 磁性元件等效电路模型
• 1.3.1 电感-变压器等效电路模型
• 1.3.2 回转器-电容等效电路模型
• 1.3.3 两种等效电路模型的比较
• 1.4 回转器－电容模型现存不完善之处
• 1.5 本文的研究意义和研究内容
• 1.5.1 本文的研究意义
• 1.5.2 本文的研究内容
• 第二章 漏磁通在回转器－电容模型中的体现
• 2.1 引言
• 2.2 引入漏磁通的回转器－电容模型
• 2.3 传统立式变压器漏磁导电容的求法
• 2.3.1 绕组顺绕的立式变压器漏磁导电容求法
• 2.3.2 绕组夹绕的立式变压器漏磁导电容求法
• 2.4 平面变压器漏磁导电容求法
• 2.4.1 卷绕式平面变压器
• 2.4.2 层叠式平面变压器
• 2.5 本章小结
• 第三章 变压器分布电容在模型中的体现
• 3.1 引言
• 3.1.1 什么是分布电容
• 3.1.2 变压器分布电容对电路的影响
• 3.2 变压器分布电容的模型体现
• 3.3 组内电容、组间电容的求法
• 3.3.1 层间电容的计算
• 3.3.1.1 立式变压器
• 3.3.1.2 平面变压器
• 3.3.2 组间电容的计算
• 3.3.2.1 立式变压器
• 3.3.2.2 平面变压器
• 3.4 小结
• 第四章 实验验证
• 4.1 引言
• 4.2 漏磁导电容计算方法的实验验证
• 4.3 模型结构的仿真验证
• 4.4 层间电容和匝间电容计算方法的实验验证
• 4.5 小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 到现在为止的研究成果及发表的学术论文