本文關(guān)鍵詞：基于損耗分析的大容量高頻變壓器鐵芯材料選型方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

韓　帥，張　黎，譚興國，等．基于損耗分析的大容量高頻變壓器鐵芯材料選型方法

，，］８１３１７１８－

，標［但現(xiàn)有的關(guān)于不同鐵芯材料高頻損耗的

１４８７

并不能直接指導(dǎo)選型。分析還不夠完善，

目前大容量高頻變壓器的設(shè)計容量從１０ｋＶＡ到２工作頻率也從１００ｋＶＡ各異，０ｋＨｚ到２００ｋＨｚ不等，對于鐵氧體、非晶材料、納米晶等常用高頻磁性材料的應(yīng)用選擇，目前并沒有形成統(tǒng)一的準則，缺乏針對高頻方波激勵下的鐵磁材料損耗特性的對以往對于損耗的分析只局限于磁性材料，而鮮有比，

］１０１９－

。容量等因素［文獻考慮了高頻變壓器的體積、

本文將重點分析３種常用鐵磁材料的損耗特性與工作頻率、磁通密度與變壓器鐵芯體積等影響因素之間的關(guān)系，并將其進行比較，進而提出高頻變壓器鐵芯材料的選擇準則。

圖１　不同頻率下的納米晶材料鐵芯磁化曲線Ｆｉ．１Ｂ－Ｈｌｏｏｓｏｆｎａｎｏｃｒｓｔａｌｌｉｎｅｍａｔｅｒｉａｌａｔ　　　　　ｇｐｙ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｕｅｎｃｉｅｓ�。�

１　常用磁性材料的高頻損耗密度特性

在幾種用于高頻變壓器的典型磁性材料

］１２１４－

，硅鋼片的飽和磁通密度較大，可達１磁中［．８Ｔ，

雜，因此在實際計算中很少被采用。

／）鐵芯的損耗密度（單位為Ｗ表示單位質(zhì)量ｋｇ

的鐵芯損耗，描述高頻損耗密度的經(jīng)典方法是斯坦

］２１

）。磁滯損耗正比于Ｂ和ｆ，梅茲（公式［Ｓｔｅｉｎｍｅｔｚ２２

，渦流損耗正比于Ｂ和ｆ剩余損耗也正比于Ｂ和

因此，鐵芯損耗可由傳統(tǒng)的Ｓｔｅｉｎｍｅｔｚ公式表示ｆ，

導(dǎo)率也較高，但相比鐵氧體、非晶材料、納米晶而言，其高頻損耗較大，不適于工作頻率＞１ｋＨｚ的高頻變

，其高頻損耗低，壓器。鐵氧體的主要成分是ＭｎＺｎ具有較低的矯頑力，磁導(dǎo)率較高，但飽和磁通密度較，低（室溫下為０會導(dǎo)致鐵芯體積較大。非晶材．５Ｔ）飽和磁通密度與硅鋼片不相上下，料的磁導(dǎo)率較高，

疊片的每片厚度可達３因而其高頻損耗較小。０μｍ，

納米晶主要由Ｆ其飽和磁通密度最大為ｅＳｉＣｏ構(gòu)成，幾乎兼?zhèn)涔桎撈丸F氧體的優(yōu)點，具有優(yōu)異１．２Ｔ，

的磁性能和溫度穩(wěn)定性，但缺點是造價較高。１．１　磁性材料損耗密度的計算方法

鐵芯材料的Ｂ－Ｈ（Ｂ為磁通密度，Ｈ為磁場強度）磁滯回線是頻率ｆ的函數(shù)，圖１給出的是不同頻

］７

。鐵芯總損耗由率下納米晶材料的動態(tài)磁化曲線［

（）Ｐｃ＝ＫＢβ。２ｆα

、式中，稱作ＳＫ、ｔｅｉｎｍｅｔｚ系αβ為與材料有關(guān)的常數(shù)，

精度較高，，在工程上得到了廣數(shù)。該方法表述簡單，

泛應(yīng)用，但它僅適用于正弦激磁情況。為便于分析］高頻變壓器在其他激勵形式下的損耗特性，文獻［４提出“磁通波形系數(shù)”的概念，并給出改進的Ｓｔｅｉｎ－ｍｅｔｚ公式

αβ

（）ＰＫＢ。３ｆｃ＝ＦＷ，Ｃ

／，式中，方波激勵時為π三角ＦＷ，４Ｃ為磁通波形系數(shù)，

／，波激勵時為２可見，高頻方波激勵下磁性材料的３

損耗密度大于三角波激勵，但小于正弦波激勵。１．２　磁性材料損耗密度的三維表征分析

就Ｍａｎｅｔｉｃｓ公司生產(chǎn)的幾種具有代表性的鐵ｇ

］２２

，氧體材料、非晶材料及納米晶材料［分別給出其在

渦流損耗和剩余損耗３部分構(gòu)成，高頻下磁滯損耗、

的剩余損耗主要包括尺寸共振、疇壁共振和自然共振等引起的損耗

［，］１３１７

，但其所占比例不大。從動態(tài)

磁滯回線可以看出，工作頻率越高，磁滯回環(huán)越大，單位質(zhì)量的損耗就越大。

采用損耗分離法描述變壓器的鐵芯損耗Ｐｃ

］１９２０－

，時［可將其分解為靜態(tài)磁滯損耗Ｐ動態(tài)渦流損ｈ、

脈沖寬度調(diào)制（方波激勵下的ＳＰＷＭ）ｔｅｉｎｍｅｔｚ系數(shù)，如表１所示。

表１ＷＭ方波激勵下的Ｓｔｅｉｎｍｅｔｚ系數(shù)　磁性材料在ＰＴａｂｌｅ１Ｓｔｅｉｎｍｅｔｚｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｍａｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌ　　　　　�。�

ｕｎｄｅｒｔｈｅＰＷＭ�。鳎幔觯澹妫铮颍恚蟆　�

磁性材料硅鋼片非晶材料鐵氧體納米晶

耗Ｐ即ｅ以及剩余損耗Ｐａ，

　�。校悖剑校瑁校澹校幔�

２１．５

。（）Ｋｈ１Ｂβ＋Ｋｃ（Ｂ）Ｂ）＋Ｋｅ（ｆｆｆ

式中，Ｋｈ為磁滯損耗系數(shù)；ＫＫｃ為渦流損耗系數(shù)；ｅ為剩余損耗系數(shù)。該方法對于渦流損耗和附加損耗的計算較為準確，

但因涉及參數(shù)較多且提取方法復(fù)

ＦＷ，ＫＣ

０．０４７　

－６　

６．９１×１０－５　３．８３×１０－７�。叮罚�×１０

α

１．３９�。保罚场。保叮场。保福场�

β

１．７０２．２３２．６２２．１１２

  本文關(guān)鍵詞：基于損耗分析的大容量高頻變壓器鐵芯材料選型方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。