(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109101673 A(43)申请公布日 2018.12.28
(21)申请号 2018106105.6(22)申请日 2018.06.14
(71)申请人 沈阳工业大学
地址 110870 辽宁省沈阳市经济技术开发
区沈辽西路111号(72)发明人 王湘明 张振强 陈哲 邢作霞 (74)专利代理机构 沈阳智龙专利事务所(普通
合伙) 21115
代理人 周智博 宋铁军(51)Int.Cl.
G06F 17/50(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图2页
(54)发明名称
高频变压器磁芯损耗计算方法
(57)摘要
高频变压器磁芯损耗计算方法，本发明涉及了两个重要参数T*、λ*。温度系数T*：此参数为磁芯在常温下与在工作环境中温升的温度比重。变压器磁芯在工作中会引起温度的升高，而温度又会导致损耗的变化，因此，此参数是本发明的一个重要因素。与原始的Steinmetz公式相比，本发明加入了温度系数和波形系数参数，弥补了温度变化对磁芯损耗的影响，改进了波形的激励条件，使得磁芯损耗的计算更加精确。
CN 109101673 ACN 109101673 A
权 利 要 求 书
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1.一种高频变压器磁芯损耗计算方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1：测出磁芯初始温度T0；步骤2：在COMSOL中建立高频变压器磁芯损耗热模型；步骤3：在COMSOL热模型中输入相应激励作温度场仿真分析，得到磁芯在相应工作环境下的温度T1；
步骤4：对正弦波形作正半周期积分；步骤5：对任意波形作正半周期积分；步骤6：由以上参数代入原始Steinmetz公式可得高频变压器磁芯损耗计算公式。2.根据权利要求1所述的一种高频变压器磁芯损耗计算方法，其特征在于：由步骤1和步骤3求出温度系数T*；温度系数T*表示为：
其中，T0为磁芯初始温度，T1为磁芯稳态温度。
3.根据权利要求1所述的一种高频变压器磁芯损耗计算方法，其特征在于：步骤4中对正弦波形作正半周期积分为：
其中，ω为频率，T为周期。
4.根据权利要求3所述的一种高频变压器磁芯损耗计算方法，其特征在于：所述步骤5中对任意波形函数作正半周期积分：
其中，f(t)为波形函数。
5.根据权利要求4所述的一种高频变压器磁芯损耗计算方法，其特征在于：
*
由所述步骤3和所述步骤4求出波形系数λ；
*
波形系数λ可表示为：
6.根据权利要求1所述，一种高频变压器磁芯损耗计算方法，其特征在于：所述步骤6中高频变压器磁芯损耗计算公式为：
*αβ
Pc＝T*λKfB其中，Pc为磁芯损耗，K、α、β为磁芯相关的系数(与原始Steinmetz公式里一致)，T*为温
*
度系数，λ为波形系数，f为变压器工作频率，B为变压器磁芯工作磁通密度。
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说 明 书
高频变压器磁芯损耗计算方法
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技术领域
[0001]本发明涉及磁芯损耗计算领域，具体涉及应用于高频环境下磁芯损耗的计算方法。
背景技术
[0002]包括变压器和电感器在内的磁性元件实现电流隔离，谐波滤波，能量存储和功率级的参数匹配以及功率变换器中的控制电路的功能，它们通常决定着变换器的尺寸。而随着电子信息技术飞速发展，各类小型轻量化的电子设备的电源系统层出不穷。[0003]随着运行频率的不断增加，电子设备向着小型化发展，因而需要注重磁芯材料的选择，而磁芯损耗作为磁芯材料的特征之一、作为影响能量转换与传输效率的重要损耗之一，因此对于它的分析至关重要。
[0004]传统的损耗分离法虽然对于涡流损耗和附加损耗计算较为精确，但因涉及参数较多且提取方法复杂，在实际计算中很少采用。而高频损耗密度的经典方法-斯坦梅兹(Steinmetz)公式在工程上应用很广，但仅限应用于正弦激励情况下，并且计算精度不算高。因为高频变压器在运行过程中会产生磁场，而磁场会导致磁芯温度的变化，而温度对于磁芯损耗的影响也是非常大的。因此温度分析也是不可或缺的。发明内容
[0005]发明目的：
[0006]本发明提供一种更为精确的磁芯损耗计算方法，利用磁性元件的热模型和斯坦梅兹(Steinmetz)公式结合起来，加入波形分析方法，达到最优效果，其目的是解决磁芯损耗计算时存在的问题。[0007]技术方案：
[0008]本发明的技术方案如下：
*[0009]本发明涉及了两个重要参数T*、λ。
[0010]温度系数T*：此参数为磁芯在常温下与在工作环境中温升的温度比重。变压器磁芯在工作中会引起温度的升高，而温度又会导致损耗的变化，因此，此参数是本发明的一个重要因素。
*[0011]波形系数λ：此参数可作为为对任意波形与正弦波积分的比例系数。将斯坦梅兹
公式中受的正弦波激励条件扩大到任意波形中。[0012]原始Steinmetz公式：P＝KfαBβ[0013]其中，Pc为磁芯损耗，K、α、β为磁芯相关的系数，f为变压器工作频率，B为变压器磁芯工作磁通密度。[0014]步骤1：测出磁芯初始温度T0。[0015]步骤2：在COMSOL中建立高频变压器磁芯损耗热模型。[0016]步骤3：在COMSOL热模型中输入相应激励作温度场仿真分析，得到磁芯在相应工作
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说 明 书
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环境下的温度T1。
[0017]由步骤1和步骤3求出温度系数T*。[0018]温度系数T*可表示为：
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028]
其中，T0为磁芯初始温度，T1为磁芯稳态温度。步骤4：对正弦波形作正半周期积分为：
其中，ω为频率，T为周期。步骤5：对任意波形函数作正半周期积分：
其中，f(t)为波形函数。
*
由步骤3和步骤4求出波形系数λ。
*
波形系数λ可表示为：
[0029]
[0030]
步骤6：由以上参数代入原始Steinmetz公式可得高频变压器磁芯损耗计算公式
为：
[0031]
*αβP＝T*λKfB
[0032]c
[0033]其中，Pc为磁芯损耗，K、α、β为磁芯相关的系数(与原始Steinmetz公式里一致)，T*
*
为温度系数，λ为波形系数，f为变压器工作频率，B为变压器磁芯工作磁通密度。[0034]优点效果：
[0035]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：[0036]与原始的Steinmetz公式相比，本发明加入了温度系数和波形系数参数，弥补了温度变化对磁芯损耗的影响，改进了波形的激励条件，使得磁芯损耗的计算更加精确。
附图说明
[0037]图1是本发明计算方法流程图。[0038]图2是高频变压器简易拓扑结构图[0039]图3是磁芯损耗热模型图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
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说 明 书
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如图2所示变压器工作在高频环境下，输入波形为三角波，变压器磁芯初始温度为如图3所示在COMSOL建立高频变压器磁芯损耗热模型。输入相应激励作温度场仿真分析，得到T1。则可得温度系数T*为：
25℃。
[0042][0043][0044][0045][0046][0047][0048]
对正弦波形作正半周期积分为：
因输入波形为三角波，可求出三角波函数为：
[0049]
[0050][0051][0052]
对式(3)作正半周期积分为：
*由(2)式和(4)式可得波形系数λ为：
[0053]
*把式(1)所得温度系数T*和式(5)所得波形系数λ代入高频变压器磁芯损耗计算公
式可得：
[0054]
[0055][0056]
其中，Pc为磁芯损耗，K、α、β为磁芯相关的系数(与原始Steinmetz公式里一致)，f
为高频变压器工作频率，B为高频变压器磁芯工作磁通密度。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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说 明 书 附 图
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图3
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