磁路

设计复杂磁性元件

Toroidal inductor

电感和变压器是新型电力电子系统中的关键部分,相比于其他无源元件相对难于建模,原因在于:

  • 磁性元件,尤其是变压器可能会有多个绕组布置在机构复杂的磁芯上。磁芯中的磁通量将被分流到不同的磁通路中,而各个通路会有各自不同的特性。除了铁芯中的磁通量,绕组还会有各自的漏磁。
  • 磁芯材料如合金和铁氧化物会有很强的非线性。在高磁通密度的情况下,材料会饱和,并引起电感值的急剧下降。此外,磁滞效应和涡流产生与激励频率相关的功率损耗。

PLECS的磁路建模环境基于“磁导-电容”原理,用户可以搭建复杂磁性元件的模型。元件库提供了如绕组,磁芯和气隙等基本单元,将它们按照实际的物理结构设置参数并连接在一起可以搭建出任意磁性元件的等效磁路模型。可用的磁芯模块包含了饱和和磁滞特性。与激励频率相关的涡流损耗何以通过特殊的“磁电阻”进行建模。而绕组模块则充当PLECS中电气回路和磁路的接口。

一些相对简单的磁性元件如带饱和的滤波电感和单相变压器也可以在电路中直接建模。

应用示例:Cuk变流器

在PLECS中搭建的电气隔离型Cuk变流器如图中所示。由于变压器上绕组间得当的磁耦合,变流器输入和输出电流上没有纹波。

磁路由对在一起的“E”形磁芯构成,其间存在气隙。

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