CN108231391B - 一种用于转子变频器的电抗器铁芯损耗设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于转子变频器的电抗器铁芯损耗设计方法，该方法包括：通过占空比D，计算纹波电流ΔI，得到变频器升压电抗器电感量L；根据已得知的变频器升压电抗器电感量L，计算电抗器铁芯的直流最大磁通密度Bm以及最大磁通密度摆幅ΔBm；根据最大磁通密度摆幅ΔBm，得到变频器电抗器铁芯单位公斤损耗PFe；再结合温升计算，一次性打样出合格的产品。本发明通过精准设计，做到最高性价比，得出转子变频器电路BOOST电抗器的铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品，避免了给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。

Description

一种用于转子变频器的电抗器铁芯损耗设计方法
技术领域
本发明涉及电抗器技术领域，尤其涉及一种用于转子变频器BOOST的电抗器铁芯损耗设计方法。
背景技术
转子变频器BOOST，也称升压式变换器，是一种输出电压高于输进电压的单管不隔离直流变换器，应用于绕线电机调速的技术，电机定子侧不做任何变化，通过电机转子进行变流操作，常用的办法为交直交变频。变频后的输出直接接入电网。现有用于转子变频器BOOST的电抗器铁芯损耗设计首先给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试，直至打样出合格的产品。而且，如果磁通密度取太低，则会导致增加材料用量，成本高。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种通过得出转子变频器电路BOOST电抗器的铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格产品的电抗器铁芯损耗设计方法，避免了现有技术给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种用于转子变频器的电抗器铁芯损耗设计方法，该方法包括：
通过占空比D，计算纹波电流ΔI，得到变频器升压电抗器电感量L；
根据已得知的变频器升压电抗器电感量L，计算电抗器铁芯的直流最大磁通密度Bm以及最大磁通密度摆幅ΔBm；
根据最大磁通密度摆幅ΔBm，得到变频器电抗器铁芯单位公斤损耗PFe；
再结合温升计算，一次性打样出合格的产品。
所述占空比D＝(UO-UINMIN)/UO，其中，UINMIN为电感输入电压最小值，UO为电感输出电压。
所述纹波电流ΔI＝(UO-UINMIN)*(1-D)/fs/L，其中，fs为开关频率，L为电抗器的电感量。
所述变频器升压电抗器电感量L＝(UO-UINMIN)*UINMIN/UO/(20％INfs)，其中，IN为电路的额定电流。
所述直流最大磁通密度Bm＝L*IN/AS/N，其中，L为电抗器的电感量，As为电抗器磁芯的有效截面积，N为电抗器线圈绕制圈数，最大磁通密度摆幅ΔBm＝α*Bm，α为纹波电流系数，α＝ΔI/IN。
所述变频器电抗器铁芯单位公斤损耗PFe＝afs b(ΔBm/2)c，其中，fs为开关频率，ΔBm为磁通密度摆幅，a：0.138-0.145，b：1.420-1.480，c：1.89-1.94。
若电抗器铁芯单位公斤总损耗值超过温升允许值，则通过增加铁芯截面积或增加绕制圈数以降低Bm值。
所述电抗器采用硅钢片。
与现有技术相比，本发明通过精准设计，做到最高性价比，得出转子变频器电路BOOST电抗器的铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品，避免了给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明用于转子变频器的电抗器铁芯损耗设计方法流程图；
图2：本发明转子变频器电路示意图；
图3：本发明电流波形示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种用于转子变频器的电抗器铁芯损耗设计方法，该方法包括：
S1，通过占空比D，计算纹波电流ΔI，得到变频器升压电抗器电感量L；
S2，根据已得知的变频器升压电抗器电感量L，计算电抗器铁芯的直流最大磁通密度Bm以及最大磁通密度摆幅ΔBm；
S3，根据最大磁通密度摆幅ΔBm，得到变频器电抗器铁芯单位公斤损耗PFe；
S4，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品。
如图2所示，高压绕线式电机定子侧电压为3～10KV电网电压，通过转子侧开路电压(一般为10V～1000V)再进行BOOST升压整流后，逆变成AC690V或AC1140V，再通过升压变压器，回馈至3～10KV电网。
本发明所述占空比D＝(UO-UINMIN)/UO，其中，UINMIN为电感输入电压最小值，UO为电感输出电压。
所述纹波电流ΔI＝(UO-UINMIN)*(1-D)/fs/L，其中，fs为开关频率，L为电抗器的电感量。纹波电流系数α＝ΔI/IN，且一般要求α＝20％，其中，IN为DC-DC电路的额定电流。本发明所述变频器升压电抗器电感量L＝(UO-UINMIN)*UINMIN/UO/(20％INfs)。
如图3电流波形所示，IN为BOOST电路电抗器额定电流，ΔI为三角波电流峰峰值(纹波电流)，Ip＝IN+ΔI/2，IN对应电抗器铁芯的直流最大磁通密度Bm，ΔI对应电抗器磁通密度摆幅ΔBm，Ip对应磁通密度峰值Bp。
本发明所述直流最大磁通密度Bm＝L*IN/AS/N，其中，L为电抗器的电感量，As为电抗器磁芯的有效截面积，N为电抗器线圈绕制圈数，最大磁通密度摆幅ΔBm＝α*Bm，磁通密度峰值Bp＝Bm+ΔBm/2＝(1+α/2)Bm，Bp值计算出来后需满足≤硅钢片饱和磁通密度Bs。
由于BOOST电路的额定电流值IN为一直流恒定值，工作过程中，不会产生磁通量的变化，所以无铁芯损耗。该电抗器的铁芯损耗主要由纹波电流ΔI所感应的ΔBm的引起。又转子变频器由于电压较高，绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate BipolarTransistor)开关频率比较低(1-3KHZ)，纹波电流含量也不大。从性价比角度考虑，该电抗器采用硅钢片，铁芯材质选用50W470牌号或等同。
以上，本发明所述变频器电抗器铁芯单位公斤损耗PFe＝afs b(ΔBm/2)c，其中，fs为开关频率，ΔBm为磁通密度摆幅。针对50W470牌号或等同牌号，上述公式中，a、b、c为常数，a：0，138-0.145，b：1.420-1.480，c：1.89-1.94。
若电抗器铁芯单位公斤总损耗值超过温升允许值，则通过增加铁芯截面积或增加绕制圈数以降低Bm值，重新计算直至合格。
本发明通过精准设计，做到最高性价比，得出转子变频器电路BOOST电抗器的铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品，避免了给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种用于转子变频器的电抗器铁芯损耗设计方法，其特征在于，该方法包括：
通过占空比D，计算纹波电流ΔI，得到变频器升压电抗器电感量L；
根据已得知的变频器升压电抗器电感量L，计算电抗器铁芯的直流最大磁通密度Bm以及最大磁通密度摆幅ΔBm；
根据最大磁通密度摆幅ΔBm，得到电抗器铁芯单位公斤损耗PFe；
再结合温升计算，一次性打样出合格的产品；
占空比D＝(UO-UINMIN)/UO，其中，UINMIN为电感输入电压最小值，UO为电感输出电压；纹波电流ΔI＝(UO-UINMIN)*(1-D)/fs/L，其中，fs为开关频率；变频器升压电抗器电感量L＝(UO-UINMIN)*UINMIN/UO/(20％INfs)，其中，IN为电路的额定电流；
所述电抗器铁芯的直流最大磁通密度Bm＝L×IN/AS/N，其中，As为电抗器磁芯的有效截面积，N为电抗器线圈绕制圈数，最大磁通密度摆幅ΔBm＝α×Bm，α为纹波电流系数，α＝ΔI/IN，α取20％；电抗器铁芯单位公斤损耗
PFe＝afs b(ΔBm/2)c，其中，a：0.138-0.145，b：1.420-1.480，c：1.89-1.94; 电抗器采用硅钢片，硅钢片采用50W470牌号或等同牌号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若电抗器铁芯单位公斤总损耗值超过温升允许值，则通过增加铁芯截面积或增加绕制圈数以降低Bm值。
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