磁元件作為電器設(shè)備、電力系統(tǒng)和電力電子功率變換器中的重要元件，可實(shí)現(xiàn)磁能的傳遞、存儲(chǔ)、濾波等功能。隨著電力電子功率變換器向高頻和高功率密度發(fā)展，特別近些年新的寬禁帶半導(dǎo)體器件如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等的發(fā)展和應(yīng)用，促進(jìn)了高頻磁元件的研發(fā)和應(yīng)用。頻率的提高，使得由磁元件所引起的EMI、分布參數(shù)、溫升等問(wèn)題越來(lái)越突出。磁元件損耗對(duì)磁元件設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)和功率變換器效率至關(guān)重要，同時(shí)，也成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，因此研究磁元件損耗具有重要意義。
磁元件繞組損耗通常采用兩種方法進(jìn)行評(píng)估，一種是采用理論計(jì)算和電磁場(chǎng)有限元分析軟件對(duì)磁元件的繞組損耗進(jìn)行分析計(jì)算[1-6]，這種方法是根據(jù)繞組損耗模型或電磁場(chǎng)理論對(duì)磁元件繞組損耗進(jìn)行理論計(jì)算，無(wú)法體現(xiàn)磁場(chǎng)、溫度以及實(shí)際工況等因素對(duì)繞組損耗的影響。另一種是采用測(cè)量技術(shù)對(duì)繞組損耗進(jìn)行評(píng)估，此測(cè)量技術(shù)作為研究磁元件損耗的基礎(chǔ)，其測(cè)量精度影響著磁元件損耗的分析以及模型的建立。測(cè)量方法是獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最直接和有效的手段，目前比較常用的繞組損耗測(cè)量方法是阻抗分析法，通過(guò)阻抗分析儀測(cè)量繞組的等效電阻，再根據(jù)電阻、電流與功率的關(guān)系間接得到繞組損耗[7-9]，但這種間接方法獲得的繞組損耗并沒(méi)有考慮到實(shí)際工況對(duì)繞組損耗的影響。
通過(guò)測(cè)量功率獲得工況下繞組損耗的方法才能真實(shí)反映繞組損耗的實(shí)際情況，由于繞組損耗和磁心損耗具有難以分離的特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)此種繞組損耗測(cè)量方法的研究相對(duì)較少，文獻(xiàn)[10-12]針對(duì)實(shí)際工況下繞組損耗的測(cè)量展開(kāi)了研究，然而對(duì)于高頻勵(lì)磁下的繞組損耗的測(cè)量，這些方法仍然存在一些問(wèn)題。文獻(xiàn)[10]通過(guò)測(cè)量逆變電路在兩種負(fù)載情況下的損耗而獲得矩形波激勵(lì)下磁元件的繞組損耗。精度會(huì)受到DC/AC逆變電路本身固有損耗的影響，且該方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)功率變換器中磁元件繞組損耗的在線測(cè)量。文獻(xiàn)[11]提出了一種測(cè)量平面變壓器繞組損耗的方法，此測(cè)量方法受負(fù)載電阻的影響很大，即負(fù)載電阻阻值的穩(wěn)定性、分布電感和頻率特性等會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量精度。文獻(xiàn)[12]提出了一種磁元件繞組損耗的直接測(cè)量法，通過(guò)在被測(cè)磁元件上增加一個(gè)輔助繞組，采樣流經(jīng)被測(cè)繞組的電流和相應(yīng)端口的電壓，以獲得被測(cè)磁元件的繞組損耗。該方法由于被測(cè)磁元件繞組采用了雙繞組并繞方式，測(cè)量精度會(huì)受到輔助繞組和被測(cè)繞組間電容的影響，以及繞組鄰近效應(yīng)的影響，使得其在高頻應(yīng)用領(lǐng)域受限。正因如此，文獻(xiàn)[12]中驗(yàn)證的最高頻率為500kHz。
本文提出一種基于交流功率測(cè)量繞組損耗的方法，可以有效地降低測(cè)量阻抗角，分析了這種測(cè)量方法的工作原理、特點(diǎn)及主要影響因素，最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)量方法的準(zhǔn)確度。
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