一种带气隙高频电感绕组损耗测量方法

本发明涉及电力器件领域，尤其涉及一种带气隙高频电感绕组损耗测量方法。

背景技术：

1、损耗特性影响功率变换器的电能变换效率，功率变换器的损耗很大部分来自于磁性元件。磁性元件的损耗主要包括绕组损耗和磁芯损耗。目前针对磁性元件绕组损耗的测量评估方法，由于测量结果通常糅杂绕组损耗和磁芯损耗，且二者难以单独分离提取，使得测量结果存在误差大、适用频率范围窄的问题，因此，亟需提出一种精确且直观的磁性元件绕组损耗测量方法，来提高磁性元件绕组损耗测量的准确性。

2、磁性元件主要包括变压器和电感器，其中变压器的绕组损耗评估相对简单，这是因为对于变压器的绕组损耗测量，可以通过二次绕组短路的方式使磁芯中的磁通为零，进而消除磁芯损耗对测量结果的影响。通过阻抗分析可以测量变压器一次、二次绕组的总交流电阻rac，进一步根据变压器一、二次绕组上的电流大小，即可计算得到整个变压器的绕组损耗(pw＝i2rac)，但是无法应用于电感的绕组损耗测量。

3、针对电感器的绕组损耗评估，通常采用气隙等效绕组代替气隙的方法来实现电感器的绕组损耗评估。这是因为：为了防止磁芯受直流偏磁的影响发生饱和，铁氧体磁芯通常会在中柱开气隙。由于在气隙位置处存在气隙扩散磁通，使得气隙周围的绕组受扩散磁通的影响存在较大的涡流损耗。不开气隙变压器，由于磁芯磁阻较小，使得二次绕组承担一次绕组的磁动势，满足安匝平衡：ipnp＝isns；对于带气隙电感器，其激磁绕组所产生的磁动势几乎都由气隙承担。因此，气隙承担磁压大小直接影响磁芯窗口的磁场分布大小，进而影响电感器的绕组损耗大小。为了模拟气隙的磁压降，可以采用无气隙的磁芯，并在原气隙位置绕制与气隙高度相等的绕组并将其短路，称为气隙等效绕组。该绕组能够模拟原气隙附近的磁场分布，同时通过短路可以将磁芯中的磁芯损耗基本消除。

4、对于气隙等效绕组交流电阻的获取方法，主要有两种方法。方法一：由于采用线径很小的细导线或litz线作为气隙等效绕组，因此通常将直流电阻近似等效为交流电阻。这种方法只适用于频率较低的应用场景(适用频率<100khz)；方法二：通过二维有限元仿真得到气隙等效绕组的交流电阻，这种方法的操作过程较为繁琐，且由于无法使模型和实际物体之间尺寸参数保持绝对一致，使得仿真结果与实际存在较大误差。

5、目前针对电感的绕组损耗测量，存在测量结果可能包含磁芯损耗，一、二次绕组损耗难以分离，测量误差大等问题。

6、变压器绕组短路法测量得到的绕组损耗是一、二次绕组的总损耗，如若只需测量一次绕组的损耗，则需从总损耗中扣除二次绕组损耗。实际上，二次绕组的损耗无法单独测量得到，因此无法单独提取一次绕组的损耗。此外，这种方法只能运用于无气隙的变压器绕组损耗测量，无法运用于带气隙的电感绕组损耗测量。

7、采用气隙等效绕组的电感器绕组损耗测量，可以通过阻抗分析仪测量得到电感绕组与气隙等效绕组的总交流电阻值，但无法单独将气隙等效绕组的阻值从总阻值中提取出来。

8、圆导线在高频情况下交流阻值与直流阻值存在差异；litz线虽然受频率的影响较小，但由于其复杂的绞制方式使得无法直接计算litz线各股绞线的实际长度，进而难以计算litz线的直流阻值；用铜箔代替导线易受涡流影响，使得交流阻值变化程度远大于litz线和圆导线。

9、综上，现有电感绕组损耗测量方法存在的不足有：1.测量结果包含气隙等效绕组的交流电阻分量，无法从总交流电阻中分离得到电感绕组的交流电阻。2.由于litz线的等效长度和单股绞线长度存在较大差异，litz线的直流电阻无法准确计算。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种带气隙高频电感绕组损耗测量方法。

2、具体方案如下：

3、一种带气隙高频电感绕组损耗测量方法，包括以下步骤：

4、s1：选取一个与待测电感的磁芯尺寸完全相同但未开气隙的磁芯，在待测电感的磁芯气隙对应于选取磁芯的位置处绕制与待测电感磁芯气隙高度相同的气隙等效绕组，并将气隙等效绕组短路，同时在选取磁芯上依照与待测电感相同的方式绕制电感绕组；

5、s2：测量电感绕组两个端子的输入电阻rtest1；

6、s3：将电感绕组的材料替换后作为辅助绕组；

7、s4：测量辅助绕组两个端子的输入电阻rtest2；

8、s5：采用空心电感，单独测量辅助绕组在设定频率下的交流电阻ra；

9、s6：通过下式计算电感绕组的电阻，并将其作为待测电感的绕组电阻；

10、

11、其中，n1表示电感绕组的匝数、n3表示辅助绕组的匝数。

12、进一步的，设定频率的范围为10khz～1mhz。

13、进一步的，电阻的测量采用阻抗分析仪进行。

14、进一步的，电感绕组采用漆包线。

15、进一步的，辅助绕组采用里兹线。

16、进一步的，辅助绕组在磁芯的中柱位置绕制一匝的绕组。

17、本发明采用如上技术方案，通过引入辅助绕组可以准确测量气隙等效绕组的交流电阻，实现电感绕组与气隙等效绕组交流电阻的分离提取，电感绕组交流电阻的精确测量。相比现有技术，克服了现有电感绕组损耗测量存在误差大、适用频率范围窄、提取过程复杂的缺点。

技术特征：

1.一种带气隙高频电感绕组损耗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的带气隙高频电感绕组损耗测量方法，其特征在于：设定频率的范围为10khz～1mhz。

3.根据权利要求1所述的带气隙高频电感绕组损耗测量方法，其特征在于：电阻的测量采用阻抗分析仪进行。

4.根据权利要求1所述的带气隙高频电感绕组损耗测量方法，其特征在于：电感绕组采用漆包线。

5.根据权利要求1所述的带气隙高频电感绕组损耗测量方法，其特征在于：辅助绕组采用里兹线。

6.根据权利要求1所述的带气隙高频电感绕组损耗测量方法，其特征在于：辅助绕组在磁芯的中柱位置绕制一匝的绕组。

技术总结
本发明涉及一种带气隙高频电感绕组损耗测量方法，包括：选取一个与待测电感的磁芯尺寸完全相同但未开气隙的磁芯，在待测电感的磁芯气隙对应于选取磁芯的位置处绕制与待测电感磁芯气隙高度相同的气隙等效绕组，并将气隙等效绕组短路，同时在选取磁芯上依照与待测电感相同的方式绕制电感绕组；测量电感绕组两个端子的输入电阻；将电感绕组的材料替换后作为辅助绕组；测量辅助绕组两个端子的输入电阻；采用空心电感，单独测量辅助绕组在设定频率下的交流电阻；计算电感绕组的电阻，并将其作为待测电感的绕组电阻。本发明克服了现有电感绕组损耗测量存在误差大、适用频率范围窄、提取过程复杂的缺点。

技术研发人员：傅恺宁,涂江涛,邱智勇
受保护的技术使用者：厦门理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5