现代电力电子技术课件Chapter7.ppt

第5章　磁性元件与电容元件　 7.4 电容元件 特点： 工作在高频状态；不止一个频率 符号 高频等效电路 * 7.1 磁性材料的基本特征 7.2 磁性材料中磁芯的三种不同工作状态 7.3 磁性器件在功率电路使用中注意的问题 7.4 电容元件 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 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、电流处理能力，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标准的磁性元器件，电源设计工作的大部分就是磁性元件的设计。 对磁性元器件理解与设计能力是目前电力电子工程师的必备能力之一 7.1 磁学基础 Magnetic field H and magnetomotive force F 7.1 磁学基础 Flux density B and total flux Φ 7.1 磁学基础 7.1 磁学基础 BS:饱和磁感应强度 Br:剩余磁感应强度 Hc:矫顽力 基本磁化曲线 7.1 磁学基础 二、相对磁导率μr 7.1 磁学基础 一、绝对磁导率 μ越大表明产生相同磁感应强度所需激磁H越小。真空： μ＝ μ0＝4 10-7H/m 三、等效磁导率μe 最大磁导率μm μr值是随磁场强度变化的曲线。在某一磁场强度下，相对磁导率达到最大值，称为最大磁导率μm 。 初始磁导率μi 当激励磁场强度H→0时的磁导率称为初始磁导率μi： 7.1 磁学基础 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 磁学基础 磁导率 7.1 磁学基础 磁导率 7.1 磁学基础 等效磁导率μe(磁路加气隙后的磁导率) 7.1 磁学基础 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μe 7.1 磁学基础 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材料磁化曲线好得多。也就是说磁芯材料特性的非线性被磁阻大得多的线性气隙“湮没”了。而且可通过改变气隙的大小，方便地改变磁芯的有效磁导率。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应用非常有用。 7.1 磁学基础 磁性材料的损耗 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 材料的电阻率越大，损耗越大； 工作频率越高，损耗越大 7.1 磁学基础 7.2 电力电子电路中磁芯的三种典型工作状态 Ⅰ类工作状态－局部磁化（Buck 变换器滤波电感磁芯） 7.2 磁芯的三种不同工作状态 Ⅰ类工作状态－局部磁化（Buck 变换器滤波电感磁芯） 这类磁芯工作状态称为Ⅰ类工作状态，也称为直流滤波电感工作状态。属于这类工作状态的电感还有Boost 电感、Boost/Buck 电感、正激、非对称半桥以及所有推挽拓扑－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。 7.2 磁芯的三种不同工作状态 Ⅰ类工作状态－局部磁化特点 1.工作在电流连续状态下,直流偏磁大,交流分量小,工作于局部磁化曲线上,磁芯的磁导率是局部(增量)磁导率。由于只包围局部磁滞回线面积小，磁滞和涡流损耗都小。因此选择尽可能高的饱和磁通密度材料，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，磁芯的磁导率不应当太高，即采用宽恒磁导率材料。如果采用高磁导率的磁芯，通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，并可通过气隙的大小改变有效磁导率。 7.2 磁芯的三种不同工作状态 Ⅱ类工作状态－单向磁化（正激变换器变压器） 7.2 磁性材料中磁芯的三种不同工作状态 Ⅱ类工作状态－单向磁化（正激变换器变压器） 这类磁芯工作状态与滤波电感磁芯相似，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单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。如果不能回到导通时的磁芯初始磁化值，磁芯将逐渐磁化到±BS。磁芯工作磁化曲线如图5-5(c)所示。这类磁芯工作状态称为Ⅱ类工作状态或正激工作状态。 属于这类工作磁芯状态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。 7.2 磁芯的三种不同工作状态 Ⅱ类工作状态－单向磁化特点 磁芯工作在磁化曲线的第一象限－单向磁化。磁芯工作在饱和磁感应Bs 和剩磁感应Br 之间，ΔB=Bm-Br。 磁化电流从