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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(biāo)［但現(xiàn)有的關(guān)于不同鐵芯材料高頻損耗的

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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(jì)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(zhǔn)則，缺乏針對高頻方波激勵(lì)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(xiàn)考慮了高頻變壓器的體積、

本文將重點(diǎn)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(jìn)行比較，進(jìn)而提出高頻變壓器鐵芯材料的選擇準(zhǔn)則。

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

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(dá)１磁中［．８Ｔ，

雜，因此在實(shí)際計(jì)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(dá)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�和鐵氧體的優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)異１．２Ｔ，

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

鐵芯材料的Ｂ－Ｈ（Ｂ為磁通密度，Ｈ為磁場強(qiáng)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(dòng)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(lì)形式下的損耗特性，文獻(xiàn)［４提出“磁通波形系數(shù)”的概念，并給出改進(jìn)的Ｓｔｅｉｎ－ｍｅｔｚ公式

αβ

（）ＰＫＢ。３ｆｃ＝ＦＷ，Ｃ

／，式中，方波激勵(lì)時(shí)為π三角ＦＷ，４Ｃ為磁通波形系數(shù)，

／，波激勵(lì)時(shí)為２可見，高頻方波激勵(lì)下磁性材料的３

損耗密度大于三角波激勵(lì)，但小于正弦波激勵(lì)。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(dòng)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(shí)［可將其分解為靜態(tài)磁滯損耗Ｐ動(dòng)態(tài)渦流損ｈ、

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

表１ＷＭ方波激勵(lì)下的Ｓｔｅｉｎｍｅｔｚ系數(shù)　磁性材料在ＰＴａｂｌｅ１Ｓｔｅｉｎｍｅｔｚｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｍａｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌ　　　　　　ｇ

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�Ｐｅ＋Ｐａ＝

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(jì)算較為準(zhǔn)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�７８×１０

α

１．３９　１．７３�。保�６３�。保�８３　

β

１．７０２．２３２．６２２．１１２

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