一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法

本发明涉及变压器，具体涉及一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法。

背景技术：

1、双有源全桥变换器(digital audio broadcasting，dab)具有软开关范围宽、功率密度高等优势，在固态变压器、储能系统、电动汽车、航空航天、可再生能源等领域得到了广泛应用，其中高频变压器是实现电压变换、功率传输和电气隔离的关键器件之一。在成本和空间约束下，高电压大功率场景中高频变压器需将额定工作点设计在励磁曲线的膝点附近，实现铁心在额定频率下的尽限应用。因为由于变换器运行中可能出现硬件设备参数差异、电路布局不对称、触发脉冲波形差异、负载或输入电压突变等问题，引发高频变压器直流偏磁，导致励磁电流急剧上升、二次电压畸变、超常磁心损耗等问题，并对变换器控制产生影响。

2、构建高频变压器电磁暂态模型是研究其直流偏磁性能的前提和基础，通过一系列空载试验可获取不同幅值激励下的磁滞回线簇，连接磁滞回线各顶点可得到电力变压器励磁曲线的励磁曲线。本质是采用与变压器频率相同的大容量交流电源，对激励电压幅值进行调整，改变变压器的激励磁链，实现变压器在不同励磁状态下的磁滞回线测量。然而对于高频变压器，若沿用常规变压器的励磁曲线测量方法，需要配置与高频变压器频率相同的大容量交流电源。常规电力变压器的额定频率为50hz或60hz，配置交流电源较为容易；然而，根据不同的用途，高频变压器的额定频率也不同，即高频变压器的频率覆盖范围极宽；如采用常规励磁曲线测量方法，则需要大批高频交流电源或变频交流电源，成本极高，在工程中难以实现。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，包括以下步骤：

2、1)将具有电力电子开关器件的电路结构与待测试变压器连接，得到参数测试电路。

3、2)根据待测试变压器的额定电压、额定频率与额定电流，确定开关频率调制的初始频率、终止频率以及频率变化量。

4、3)通过驱动波形控制算法，向参数测试电路输出驱动信号，控制所述参数测试电路中各开关管通断，进而向待测试变压器传输激励信号。

5、4)获取待测试变压器的空载电压与励磁电流。

6、5)对待测试变压器的空载电压进行积分，得到待测试变压器的磁链数据。

7、6)基于待测试变压器的磁链数据与励磁电流，构建待测试变压器的励磁曲线。

8、进一步，所述具有电力电子开关器件的电路结构与待测试变压器的连接电路拓扑如下所示：

9、设定直流电源dc正极所在的一端为a端，负极所在的一端为b端。待测试变压器的正极输入端、负极输入端分别为c端、d端。待测试变压器的正极输出端、负极输出端分别为e端、f端。具有电力电子开关器件的电路结构的正极输出端、负极输出端分别为g端、h端。

10、设定输入端开关管p1-p4、输出端开关管s1-s4均为mosfet开关，且栅极接入驱动信号。

11、所述a端连接电容c1后连接至b端。

12、所述a端连接输入端开关管p1的漏极，输入端开关管p1的源极连接输入端开关管p4的漏极，输入端开关管p4的源极连接至b端。

13、所述a端连接输入端开关管p2的漏极，输入端开关管p2的源极连接输入端开关管p3的漏极，输入端开关管p3的源极连接至b端。

14、所述c端连接至输入端开关管p1的源极。

15、所述d端连接至输入端开关管p2的源极。

16、所述g端连接电容c2后连接至h端。

17、所述g端连接输入端开关管s1的漏极，输入端开关管s1的源极连接输入端开关管s4的漏极，输入端开关管s4的源极连接至h端。

18、所述g端连接输入端开关管s2的漏极，输入端开关管s2的源极连接输入端开关管s3的漏极，输入端开关管s3的源极连接至h端。

19、所述e端连接至输入端开关管s1的源极。

20、所述f端连接至输入端开关管s2的源极。

21、进一步，在测量过程中，变频驱动波形的初始频率、终止频率以及频率变化量可调。

22、进一步，所述待测试变压器的额定频率小于等于具有电力电子开关器件的电路结构输出的控制波形初始频率。

23、进一步，实现驱动波形控制算法的程序控制器包括dsp控制器、fpga控制器。

24、进一步，所述具有电力电子开关器件的电路结构包括但不限于dab变换器、llc变换器、boost全桥隔离变换器。

25、进一步，所述对待测试变压器的空载电压进行积分的方法包括梯形积分法。

26、进一步，所述通过待测试变压器的磁链数据与励磁电流，得到待测试变压器的励磁曲线的步骤包括：

27、绘制磁链数据与励磁电流的关系曲线，得到磁滞回线簇，连接磁滞回线簇的顶点得到待测试变压器的励磁曲线。

28、进一步，所述基于开关频率调制的驱动信号的波形包括方波。

29、进一步，所述测量电路的开关包括mosfet开关管、igpt开关管、sic开关管。

30、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明利用电力电子开关器件的可控性，通过控制系统实现频率调整的信号输出，使电力电子开关器件构成的电路模块输出变频方波，实现高频变压器激励磁链幅值的调整，进而绘制高频变压器的磁滞回线簇，再连接其顶点获得励磁曲线；所提出的方法不需要新增任何交流激励电源，采用直流电源即可实现测量。

31、本发明提供一种合理有效的变压器励磁参数方法，实现额定频率覆盖范围极宽高频变压器励磁参数测试，从而获取高频变压器模型提供励磁数据。

技术特征：

1.一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，所述具有电力电子开关器件的电路结构与待测试变压器的连接电路拓扑如下所示：

3.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，在测量过程中，变频驱动波形的初始频率、终止频率以及频率变化量可调。

4.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，所述待测试变压器的额定频率小于等于具有电力电子开关器件的电路结构输出的控制波形初始频率。

5.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，实现驱动波形控制算法的程序控制器包括dsp控制器、fpga控制器。

6.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，所述具有电力电子开关器件的电路结构包括但不限于dab变换器、llc变换器、boost全桥隔离变换器。

7.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，所述对待测试变压器的空载电压进行积分的方法包括梯形积分法。

8.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，所述通过待测试变压器的磁链数据与励磁电流，得到待测试变压器的励磁曲线的步骤包括：

9.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，所述基于开关频率调制的驱动信号的波形包括方波。

10.根据权利要求1所述的一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，其特征在于，所述测量电路的开关包括mosfet开关管、igpt开关管、sic开关管。

技术总结
一种基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法，包括以下步骤：1)将具有电力电子开关器件的电路结构与待测试变压器连接，得到参数测试电路；2)确定开关频率调制的初始频率、终止频率以及频率变化量；3)通过驱动波形控制算法，向参数测试电路输出驱动信号，控制所述参数测试电路中各开关管通断，进而向待测试变压器传输激励信号；4)获取待测试变压器的空载电压与励磁电流；5)对待测试变压器的空载电压进行积分，得到待测试变压器的磁链数据；6)构建待测试变压器的励磁曲线。本发明提供一种合理有效的变压器励磁参数方法，实现额定频率覆盖范围极宽高频变压器励磁参数测试，从而获取高频变压器模型提供励磁数据。

技术研发人员：杨鸣,司马文霞,蒋罗平,汪小丰,袁涛,孙魄韬,丁帅
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6