同時反映電路與磁路特性的磁件仿真模型與建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種同時反映電路與磁路特性的磁件仿真模型與建模方法，其特征在于該方法基于單個電感基本磁件單元仿真模型利用磁路—電路對偶變換對實際磁件進行建模。單個電感基本磁件單元仿真模型由理想變壓器、電感、電阻、非線性受控電壓源與電流源構成。利用理想變壓器的一次側模擬電路特性，二次側模擬磁路特性，變壓變比模擬電感器的匝數(shù)。變壓器的二次側并聯(lián)三個支路，分別為線性電感元件支路、非線性受控電流源支路與非線性受控電壓源與電阻串聯(lián)支路。線性電感元件支路模擬電感器的磁路歐姆定律；非線性受控電流源支路模擬基本磁化曲線；非線性受控電壓源與電阻串聯(lián)支路模擬磁滯特性。建模方法可集成于現(xiàn)有仿真軟件中，擴展相應的仿真功能。
【專利說明】同時反映電路與磁路特性的磁件仿真模型與建模方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力電子【技術領域】，尤其涉及一種同時反映電路與磁路特性的磁件仿真模型與建模方法。
【背景技術】
[0002]磁件的數(shù)學模型可以分成兩大類，一類是基于磁場的概念的數(shù)學模型；另一類是基于磁路概念的磁件數(shù)學模型。
[0003]磁件可以采用麥克斯韋電磁場方程組對數(shù)學模型進行描述，應用有限元分析法進行求解。這種基于磁場概念而建立的磁件數(shù)學模型最為精確，但其在電力電子工程應用中卻不普遍。原因在于大多數(shù)電力電子工程師和研究人員，并不熟悉場的概念及其分析方法，同時從物理對象中正確地抽象出磁件的數(shù)學模型及其邊界條件也比較困難；另外，電磁場計算耗費機時長、需要計算的資源較大，聯(lián)入到整個電力電子系統(tǒng)中進行仿真分析也比較困難并且容易發(fā)散，實際分析研究中限制了該模型的應用。
[0004]對于電力電子變換器中的磁件，為了得到較強的磁場，通常采用一定形狀規(guī)格的軟磁材料磁芯作為磁通的通路。由于磁芯的磁導率比周圍空氣或其他非磁性物質的磁導率大得多，絕大部分磁通被約束在磁芯內部并形成回路，因此在這種情況下可以把場的分布特性用路的集總特性進行工程近似，即引入了磁路的概念。
[0005]目前，常用的基于磁路概念建立磁件數(shù)學模型的分析方法有兩種:一是利用磁路一電路對偶變換方法得到磁件的等效電路；二是利用回轉器一電容等效電路模型方法建立磁件等效電路。對于前者，應用磁路歐姆定律，電路概念明確，但建立的磁件等效電路只反映了磁件的電路參數(shù)，而沒有反映磁路參數(shù)。對于后者，利用電容類比磁導，使用回轉器建立電路與磁路關系，等效電路模型中繞組與鐵心相對獨立，能同時完整地反映磁件的電路與磁路特性。但后者等效電路模型中利用電容模擬了磁導，如果在高頻情況下再利用電容反映磁件的寄生效應，容易導致概念混亂。
[0006]為解決上述問題，將前面兩種方法結合起來，而提供一種既利用磁路一電路對偶變換方法，同時又能像回轉器-電容等效電路模型那樣完整地反映磁件的電路與磁路特性的磁件模型，同時又可以方便的加入反映寄生效應的參數(shù)的建模方法，即為本領域技術人員的研究方向所在。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供了一種同時反映電路與磁路特性的磁件仿真模型與建模方法，以解決上述現(xiàn)有技術中所存在的問題。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種同時反映電路與磁路特性的磁件仿真模型與建模方法。
[0009]以單個電感器為基本磁件單元，能同時反映電路與磁路特性基本磁件單元仿真模型包括理想變壓器、電感、電阻、非線性受控電壓源與電流源。其特征是理想變壓器的一次側模擬電路特性，二次側模擬磁路特性，變壓變比模擬電感器的匝數(shù)。變壓器的二次側并聯(lián)三個支路，分別為線性電感元件支路、非線性受控電流源支路與非線性受控電壓源與電阻串聯(lián)支路。線性電感元件支路模擬電感器的磁路歐姆定律，以匝數(shù)的平方乘以電感線圈的単位電感量表示實際電感量的大小；非線性受控電流源支路模擬基本磁化曲線，利用多項式擬合；非線性受控電壓源與電阻串聯(lián)支路模擬磁滯特性，非線性受控電壓源受電阻兩端壓降控制。
[0010]利用同時反映電路與磁路特性的基本磁件單元仿真模型，進行建模的方法包括以下步驟:
(I)由實際磁件結構模型建立實際磁件等效磁路模型，對等效磁路模型進行對偶變換，獲得對偶變換等效模型，將對偶變換等效模型中的磁通源使用基本磁件單元仿真模型進行替代，就獲得能同時反映電路與磁路特性的實際磁件的仿真模型。
[0011](2)根據(jù)磁芯參數(shù)及其材料參數(shù)計算基本磁件單元的磁芯仿真模型參數(shù)，
c為受控電壓源的系數(shù)，m為電阻兩端壓降的冪指數(shù)，\為多項式高次項系數(shù)，n為多項式高次項冪指數(shù)。公式為:
【權利要求】
1.一種同時反映電路與磁路特性的磁件仿真模型與建模方法，其特征在于該方法利用單個電感基本磁件單元仿真模型利用磁路ー電路對偶變換對實際磁件的進行建模。
2.如權利I要求所述，單個電感基本磁件單元仿真模型由理想變壓器、電感、電阻、非線性受控電壓源與電流源構成；其特征在于利用理想變壓器的一次側模擬電路特性，二次側模擬磁路特性，變壓變比模擬電感器的匝數(shù)；變壓器的二次側并聯(lián)三個支路，分別為線性電感元件支路、非線性受控電流源支路與非線性受控電壓源與電阻串聯(lián)支路；線性電感元件支路模擬電感器的磁路歐姆定律，以匝數(shù)的平方乘以電感線圈的単位電感量表示實際電感量的大?。环蔷€性受控電流源支路模擬基本磁化曲線，利用多項式擬合；非線性受控電壓源與電阻串聯(lián)支路模擬磁滯特性，非線性受控電壓源受電阻兩端壓降控制。
3.利用如權利2要求所述單個電感基本磁件單元仿真模型參數(shù)計算公式及對應數(shù)學模型:
【文檔編號】G06F17/50GK103559348SQ201310529078
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2013年11月1日
【發(fā)明者】李洪珠, 榮德生, 姜麗媛 申請人:遼寧工程技術大學