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变压器磁芯的线性工作
发布时间：
2023-08-05
LTD能量传递效率的理论模拟
为了定量分析LTD磁芯在工作过程中的能量损耗，本文针对工作脉宽约200 ns，工作电压40～50 kV的 LTD单元模块中的一块磁芯，利用Pspice软件的非线性磁芯模型对LTD磁芯的工作过程进行了模拟，磁芯的结构参数和电气参数所示。
电路模拟时的输入参数为：输入脉冲由阻抗2．8 Q。脉宽约200 ns的脉冲形成网络(PFN)产生，总电容量 为0．136肛F，充电电压为20 kV。考虑输入和输出连接段的电感，LTD单元电路中的初、次级均引入外加电感 30 nH。铁基纳米晶的饱和磁感应增量B。=1．25 T，采用反向去磁方法，最大磁感应增量可达到2 T左右。磁芯的叠片系数按k。取0．7，磁芯在整个脉冲段的相对脉冲磁导率按1 000考虑，带入磁芯的相关参数，求得磁 芯的损耗电阻为24．2 Q。’
通过调节非线性磁芯的相关参数使磁芯的相对脉冲导磁率约为1 000，带人电路中进行仿真，图3给出了 磁芯在脉冲工作时的输出波形和磁化曲线，从图中可以看出磁芯工作区间从一0．756 T到正向的0．785 T，磁 感应增量为1．541 T，在磁芯的线性工作范围内，初级电压y。为17．4 kV，初级电流f，为8 kA，负载上获得的 电压幅值Vz为17．2 kV，电流幅值，z为6．15 kA，脉冲宽度约为210 ns，此外初级电压出现了过冲，次级电流 出现了一定的顶降。通过次级电流与电压的积分可知，负载上获得的能量传递效率约为81．6 0A，损耗为5 J。
通过分析可知，导致初次级电压差异的主要原因在于回路的漏感和回路的接线电阻，导致初次级电流 出现差异的主要原因在于有一部分电流从磁芯损耗电阻和励磁电感上流走了。根据式(2)代入磁芯的相关数 据可知，磁芯的励磁电感约2．44 ttH，对应顶降带来的损耗为2．68 J。根据式(4)和式(5)，结合磁芯的相关数 据可知，磁芯的涡流损耗电阻为24．2 Q，涡流损耗为2．57 J，因此磁芯的总损耗为5．25 J，磁芯损耗占系统储能 的19．3％。如果不考虑其它开关、引线电阻的损耗，磁芯的能量传递效率为80．7％。理论分析结果与非线性 磁芯模型仿真结果基本一致。但需要说明的是式(4)和非线性磁芯模型，在考虑涡流损耗时，只是考虑了磁芯 带材层内的涡流损耗，而没有考虑磁芯层问导通引起的涡流损耗。当层间出现导通时会形成较大的层间涡流 回路，使得涡流损耗迅速增加。
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