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磁芯损耗模型的验证
发布时间：
2023-08-15
磁芯损耗模型的验证
首先，根据测试电路，采用差值测量法对无直流偏磁工况下占空比为 0.5 的 PWM 波励磁的磁芯损耗模型进行实验验证。电感 L 0 为空芯电感 ( L 0 = 25.0 μ H@100 kHz) ，被测磁元件 L 1 采用PC47( 生产厂为 TDK) 铁氧体磁芯和 100 × Φ 0.1 mm厘兹线绕组 ( L 1 = 300.0 μ H@100 kHz) 。通过测量 50 、100 、 150 、 200 、 250 、 300 kHz 频率下不同交流磁通密度 B m 的磁芯损耗，并利用所提出的磁芯损耗模型 与实验测量结果进行对比验证，不同颜色实线为所提出模型的计算值，不同颜色的点为实验测量值，通过 origin 数据分析软件对两者进行拟合，可以得到模型中的系数k 1 = 0.107 5 ， k 2 = 6.424 8 × 10 − 7 ， α = 1.983 4 ， β = 2.28 ，且实验值和模型计算值的拟合准确合度为 0.999 5 。可见，本文提出的模型可以准确地评估预测 PWM波励磁下的磁芯损耗。
其次，根据测试电路采用差值测量法对直流偏磁工况下占空比为 0.5 的 PWM 波励磁的磁芯损耗模型进行验证，空芯电感和被测磁元件与上文相同。通过测量频率分别为 100 、 150 和200 kHz ，交流磁通密度 B m 分别为 0.05 、 0.1 、 0.15和 0.2 T 励磁下的直流偏磁的磁芯损耗，并利用所提出的磁芯损耗模型与实验测量结果进行对比验证，不同颜色实线为所提出模型的计算值，不同颜色的点为实验测量值，通过数据分析软件对两者进行拟合，可以得到模型中的系数为 k 1 = 0.107 5 ， k 2 = 6.424 8 × 10 − 7 ，α = 1.983 4 ， β = 2.28 ， κ 1 = 0.377 64 ， δ 1 = 1.066 9 ， κ 2 =9.236 23 ， δ 2 = 0.673 22 ，且实验值和模型计算值的拟合准确度为 0.998 1 。可见，所提出的模型能够准确地评估预测直流偏磁下的磁芯损耗。
结论
1 ）将椭圆回线和动态磁滞回线进行等效，推导出等效磁场强度 H m 与交流磁通密度 B m 、频率 f的函数关系，进而反推出无直流偏磁工况下 PWM波励磁的磁芯损耗模型。
2 ）通过分析直流偏磁对磁芯损耗的影响，以B-H 基本磁化曲线模型为基础，提出了直流偏磁工况下 PWM 波励磁的磁芯损耗模型。
3 ）通过差值法思想测量实际励磁工况下的PC47 铁氧体磁芯损耗，将实验测量值和所提出的无直流偏磁、有直流偏磁工况下的磁芯损耗模型计算值进行对比验证，采用数据分析软件对实验值和模型计算值进行拟合，从而验证了提出的模型具有较好的精度，完全可以用于功率变换器在工程分析、设计和研究方面的磁芯损耗评估。
4 ）所提出的模型形式简单，参数较少，而且适用于宽频率范围的 PWM 波励磁下的磁芯损耗计算评估，对功率变换器磁元件磁芯损耗的评估和预测具有一定价值。
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