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快放电直线型变压器驱动源磁芯脉冲损耗特性

发布日期:2017-08-23 来源: 本网 查看次数: 331 作者:admin

核心提示:  快放电直线型变压器驱动源磁芯脉冲损耗特性+王志国,孙凤举,邱爱慈,姜晓峰,梁天学,尹佳辉,刘鹏,魏浩,张鹏飞,张众(西北核技术研究所,西安710024)晶两种材料磁芯损耗特性;采用一种新的特征参量(磁芯单位面积上激磁电压陡度)来规范磁芯的激磁电压条件,使得,IA为初级电压,U2为次级电压;虚线中所示为磁芯等效模型,为涡流电流,为激磁电流;磁芯涡流损耗和磁滞损耗均使用电阻来等效,i.为涡流损耗电

  快放电直线型变压器驱动源磁芯脉冲损耗特性+王志国,孙凤举,邱爱慈,姜晓峰,梁天学,尹佳辉,刘鹏,魏浩,张鹏飞,张众(西北核技术研究所,西安710024)晶两种材料磁芯损耗特性;采用一种新的特征参量(磁芯单位面积上激磁电压陡度)来规范磁芯的激磁电压条件,使得,IA为初级电压,U2为次级电压;虚线中所示为磁芯等效模型,为涡流电流,为激磁电流;磁芯涡流损耗和磁滞损耗均使用电阻来等效,i.为涡流损耗电阻,iT为磁滞损耗电厚度;/为磁芯平均环长;々为系数,取FLTD等效电路图基金项目:国家自然科学基金项目((1077111)根据安培环路定律,在半径为r处励磁电流m产生的磁场强度为一l则穿过磁芯截面的总磁通为可得励磁电感LT为2等效电路模型可以看出,此时初级漏电流绝大部分流过损耗电阻R,因此可以在次级开路的情况下,通过测量磁芯未饱和时的次级电压U2及初级漏电流Im得到损耗电阻R.,包括磁芯、激磁回路、去磁回路及快脉冲信号测量部分。图中高压直流电源为±50kV双极性充电电源,充电电压0±50kV连续可调;气体开关为三电极场畸变开关,本底击穿电压±5kV,通过改变开关击穿电压,可以获得不同幅值的激磁脉冲电压;初次级电压使用膜电阻分压器测量,次级所用电阻分压器高压壁阻值为500fl,相对磁芯损耗电阻R(十几fl)相当于开路;刀级漏电流使用小信号电阻测量,阻值为0.1fl.为达到测试结果可与FLTD实际使用条件下磁芯性能相比较的目的,需要确保待测磁芯的激磁条件与FLTD实际使用时的激磁条件相同。西北核技术研究所孙凤举等人提出了使用单匝单位面积磁芯上的激磁电压陡度作为表征磁芯激磁条件的特征参数,即特征参数a=VP八S),其中,Vp为初级激磁电压峰值以为初级匝数,为激磁电压脉冲前沿。

  FLTD实际工作时电容器充电±100kV,在匹配负载条件下,初级激磁电压Vp为100kV.磁芯有效截面积Se约为70cm2,脉冲上升时间为100ns,线圈匝数均为单匝,计算FLTD实际工作时的特征参数a为3电路,通过改变气体开关击穿电压确保磁芯激磁条件与FLTD实际工作时相同。表1所示为分别为测得的两种磁芯次级电压及初级漏电流波形图。由图中可以看出,次级电压到达峰值前初级漏电流和次级电压的相位差较小,说明此时激磁电感的影响可以忽略,磁芯可以等效为阻性负载。所示为由次级电压及初级漏电流得到的两种磁芯损耗电阻R随时间变化波形图,由图中可以看出3.2磁芯损耗分析当磁芯材料用于交流磁场时,动态磁化会造成各种形式的能量损耗。磁芯损耗会降低磁芯能量耦合效率,影响FLTD的输出参数。快脉冲下磁芯损耗主要包括涡流损耗和磁滞损耗。涡流损耗为磁芯内部涡流电流产生的焦耳热,大小主要由涡流损耗电阻兄决定;磁滞损耗为磁畴翻转时克服阻力所做的功,大小主要通过矫顽力体现。

  磁芯涡流损耗电阻艮的大小与诸多因素有关,如磁芯材料电阻率带材厚度夂有效截面积S6等。涡流损耗电阻艮大小可以由式(1)计算。但式(1)为半经验公式,系数々的选取存在一定的不确定性,且没有考虑趋肤深度对损耗电阻的影响。针对上述问题,本文重新推导了涡流损耗电阻兄的计算公式。

  在快脉冲作用下涡流电流有很强的趋肤效应,趋肤深度由式(6)分别计算两种磁芯的趋肤深度Xs.DG6硅钢磁芯趋肤深度Xs为9. 8pm,605TCA非晶磁芯趋肤深度为5.1pm.可得,磁芯未饱和时,趋肤深度Zs与带材厚度5同量级,此时可认为涡流电流由磁芯带材表面到中心按指数形式衰减,带材表面电流密度为。,则距离带材表面为z(0<<  可得磁芯损耗电阻艮为由式(9)分别计算两种磁芯的涡流损耗电阻大小,DG6硅钢磁芯涡流损耗电阻兄为4.晶磁芯涡流损耗电阻兄为37.2fl.由于次级开路,磁芯磁化过程中总的损耗W可以通过测得的次级电压与初级漏电流得出,磁芯总的损耗W为磁化过程中涡流损耗We为由式(10)及式(11)得到的两种磁芯总损耗及涡流损耗如所示,DG6硅钢磁芯总损耗约为1. 1,其中涡流损耗0.82,占磁芯总损耗的75%;2605TCA非晶磁芯总损耗约为0.32,其中涡流损耗为0.09,占总损耗的28%. 4结论50的DG6硅钢磁芯及25的2605TCA非晶磁芯的快脉冲损耗特性。在考虑趋肤深度影响的前提下,推导了磁芯涡流损耗电阻计算公式;实验测试了两种磁芯损耗,结果表明使用铁基非晶材料可以显著减小磁芯损耗;十算了两种磁芯材料涡流损耗占总损耗的比例,硅钢材料磁芯中涡流损耗起主要作用,而对于铁基非晶材料,损耗主要为磁滞损耗。

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