多相非隔離雙向DC-DC變換器新型耦合電感設(shè)計(jì).docx

1、第33卷第I期電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)WB31SH2018年3月.JCLKStMaFraBIRJCrOWERSZJENZEAMJimiNCLOGyNfet2018多相非隔離雙向dctdc變換器新型耦合電感設(shè)計(jì)劉朝輝、劉海峰2,張寧LG國(guó)網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，河北石家莊050000；2®網(wǎng)河北省電力公司，河北石家莊050000）摘要哆相交錯(cuò)型磁耦合雙向【XGIXJ變換器臼3C）的耦合電感普遍存在設(shè)計(jì)復(fù)雜、開模昂貴、局部溫升較高以及耦合非對(duì)稱等缺點(diǎn).提出一種新型tHB”結(jié)構(gòu)耦合電感器，應(yīng)用于兩兩對(duì)稱耦合的四相磁集成I4DC.根據(jù)電感集成原理和磁路等效原則分析其磁通及氣隙分布建立考慮邊緣磁

2、阻和氣隙磁阻的磁路模型推演出耦合磁件自感、互感及耦合系數(shù)給出可實(shí)現(xiàn)磁通對(duì)稱化和解耦集成的設(shè)計(jì)原則和方法.該結(jié)構(gòu)耦合電感器可實(shí)現(xiàn)耦合系數(shù)高自由度調(diào)節(jié)，并解決了傳統(tǒng)倉”形鐵芯構(gòu)造的耦合電感器中邊緣氣隙磁通損耗較高的缺點(diǎn).通過有限元仿真和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了磁路理論和設(shè)計(jì)方法的正確性，以及在穩(wěn)態(tài)損耗、暫態(tài)響應(yīng)和效率等方面優(yōu)越性.關(guān)鍵詞二血B”型耦合電感；交船并聯(lián)磁集成溜合系數(shù)；雙向DCGDC；磁路模型與仿真中圖分類號(hào)：TM46文獻(xiàn)標(biāo)志碼A文章編號(hào)q673G9140018>01G0038G08ULJ,LJU>ZHANGQI11MiTfcnrroC<n050051Xi:2tkrikURngYh

3、g*，H-ijvi-Lii-jr050051-nTnccxpIctli-rlxlcTcf'nxjItfIXGXScmvcrto（IX：）htis<Aor3f以_點(diǎn)舊危，丫匚lkH<jdcl>4yi>ojjlfmvonrjl!>ten匚glLrorioariLl<*54iGiTEtryefVdplhNiTixlLi-cEJ.Aitsvc±、i-dxloczp&dloiTte£iwitTi方iittitsfijitr*A_crxciry；totlopxicJocf'inLdtik?rjimrllix?fkjkityiQ

4、irNAvcrcwndcxrLi-irrltPogwrliximjit,ninrHcctGsiclzri日tbx?nti場(chǎng)HtrJLdtrgtriJgp心l<20gThefotiLirtscf'ndCrcLcti<x>hlMlNrcLdGXTEx-rl1l-FKccrffivochrLxcrl>ntlf-rrlsfcyiCTiizi-flLJXiiQltlirivoc?ijoirlod.TpL3c<JLjJudrtLekiiclcjrtscrxiJLicrjdfrirl-rrr±witli1易1pjrpjJQlk1>«jsiice

5、jk<jliitiEMxxjclixieter'Sbrrliioiss«DK<3rLTl-ocrjoztnsKcf*iTEpytfcz：tlTazrymTdufelfTTEtFodaoxeriHadtyfJit£B<Em3nL5aiixjLti：j-iEnilo<?zjEririrrulis.Asvwdltb>ith>SLpaintyiritorrtsef'sk2HL|yG5£to1ok»terrinLtjaxTToefficiency_festilltcs4acLKeywrick-t£ft&

6、#163;上TzLeters；iTkxfc>Mrrrtcti；ccxfjiiy;«jd0x5Lrl_.»IXCDCcctxcrto-；rrtuticicjLiiLrrttUtrds4iri_jLliii收稿日期3017G04G05回日期2017G09G05基金項(xiàng)目切家自然科學(xué)基金<8117706730607007）通信作者須J朝輝（1971G）,男，碩士，高級(jí)工程師.主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化方面的研究liinii：!538202538312ton開關(guān)變換器越來越追求輕、薄、小高效率及高功率密度的目標(biāo).多相交錯(cuò)型磁耦合雙向DCQDC變換器SC）可以減小電源系統(tǒng)的

7、體積和重量，提高功率密度值和節(jié)約成本其將多個(gè)單通道Buk拓?fù)湓谳斎虢Y(jié)構(gòu)上并聯(lián)組合，工作模式上交錯(cuò)控制的方式，使得變換器增大功率容量的同時(shí)降低每-通道電流應(yīng)力同時(shí)兼顧改善穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能.因此在可再生能源電力系統(tǒng)、大規(guī)模儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、1用船舶和航空電源等方面獲得了廣泛發(fā)展和應(yīng)用成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一.然而現(xiàn)有文獻(xiàn)主要圍繞電路拓?fù)?、先進(jìn)控制及軟開關(guān)技術(shù)等方面展開研究對(duì)于交錯(cuò)型磁耦合皿的核心元器件耦合電感的研究仍顯不足.耦合電感作為磁集成HT能量傳遞和處理的關(guān)鍵其體積和重量制約變換器輕薄化的實(shí)現(xiàn)旦對(duì)變換器的功率密度、轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)態(tài)輸出、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等諸多特性具有重要影響.文獻(xiàn)01技分別研究了色”型和在T

8、型集成磁件但此2種結(jié)構(gòu)耦合電感均存在繞組與磁路相對(duì)集中的問題導(dǎo)致磁壓分布不均勻磁件的渦流損耗、鐵心損耗和電磁干擾過大.文獻(xiàn)&弟出了應(yīng)用于三相的垃L”結(jié)構(gòu)耦合電感，但其磁路模型過于復(fù)雜邊緣及氣隙磁阻難以計(jì)算且不宜實(shí)現(xiàn)三相繞組的對(duì)稱耦合.文獻(xiàn)HIE分別提出了王E”和T王I”結(jié)構(gòu)兩相耦合電感器，較好地實(shí)現(xiàn)了兩相皿輸出性能優(yōu)化，但都存在氣隙遠(yuǎn)離繞組、過于分散的問題，導(dǎo)致磁通和磁壓分布不均，磁阻增加，目.上述兩結(jié)構(gòu)耦合電感器均采用4片磁芯組合而成，僅實(shí)現(xiàn)兩相電感耦合，成本過高.文獻(xiàn)伐采用了4片tJ”型磁芯構(gòu)造'目”字型耦合電感，其缺點(diǎn)是磁通擺幅偏移和磁壓磁勢(shì)不均導(dǎo)致其磁芯局部位置溫升較高

9、造成散熱問題難以解決更增加了變換器的損耗，降低其工作效率.文獻(xiàn)E騏出耦合單元磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)陣列集成電感，有效解決了耦合電感器的散熱和對(duì)稱化難題，實(shí)現(xiàn)可變耦合度和耦合相數(shù)可拓展性.但該矩陣化耦合電感所需單元磁件數(shù)量較多體積龐大旦繞組及導(dǎo)線分布冗長(zhǎng)，導(dǎo)致?lián)p耗過大，不易工業(yè)化推廣基于上述問題筆者提出一種新型可應(yīng)用于四相磁集成me的何E”結(jié)構(gòu)耦合電感器.根據(jù)電感集成原理，分析其氣隙分布該結(jié)構(gòu)耦合電感器較之傳統(tǒng)E”和宜”型電感氣隙數(shù)量增加一倍，因此磁路分布更加均勻并使耦合度增加可以有效降低繞組渦流損耗和銅耗.通過分析其磁路、磁壓和磁通原理建立基本等效電路和等效磁路模型推演出耦合磁件自感、互感及耦合系數(shù)給出

10、耦合電感器的設(shè)計(jì)方法.通過有限元仿真實(shí)驗(yàn)證明該結(jié)構(gòu)耦合電感器由于增加了一片T型磁芯，組成一條公共磁路橫輒不僅使氣隙數(shù)量加倍更使磁通分布更加均勻；”型磁路的出現(xiàn)使得繞組和氣隙得以在型鐵芯的兩側(cè)較細(xì)小的側(cè)柱上完成繞組解耦從而實(shí)現(xiàn)四繞組電感既兩兩對(duì)稱耦合乂彼此解耦的集成充分減弱渦流損耗和磁通損耗有利于獲得更大的電感值同時(shí)節(jié)約鐵芯和銅材材料將該耦合電感器和傳統(tǒng)由”型耦合電感器，以及分立電感器，分別應(yīng)用于四相交錯(cuò)耦合型皿進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明該耦合電感器較之旬”型耦合電感器穩(wěn)態(tài)輸出波形更平滑、毛刺更少、紋波電壓更小較之分立電感器電流穩(wěn)態(tài)脈動(dòng)更小暫態(tài)實(shí)驗(yàn)顯示該耦合電感器在負(fù)載突變時(shí)電流尖峰極

11、小，波形平滑無毛刺動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好,可持續(xù)穩(wěn)定工作等優(yōu)點(diǎn)，有效提高了BDC輕載效率.1四相me的佝型耦合電感器11'E型耦合電感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雙向ixmc變換器Sc）的交錯(cuò)控制和多相磁耦合技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)擴(kuò)容、小型化、輕量化，以及高功率密度具有重要意義.由于多相耦合電感本身具有的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、易導(dǎo)致不穩(wěn)定性地流諧波噪聲和磁通偏移等，實(shí)踐中常采用第1相和第3相第2相和第4相各為一組兩兩反相耦合的方式構(gòu)造耦合電感器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示.考慮到耦合電感的結(jié)構(gòu)對(duì)其性能至關(guān)重要筆者提出一種新型結(jié)構(gòu)的耦合電感器如圖2所示其采用2片置于兩側(cè)的在”形磁芯，和1片置于中間的T”形磁芯構(gòu)成何E”結(jié)構(gòu).四相繞組的線

12、圈分別纏繞在倉”型鐵芯的兩側(cè)較細(xì)小的側(cè)柱上，其中，第1相和第3相繞組、第2相和第4相繞組分別為一組，繞置于同一片型磁芯，以實(shí)現(xiàn)反相耦合，同時(shí)通過”型磁芯構(gòu)造的分離氣隙和線圈來避免了邊緣氣隙磁通損耗，并利用中間型磁芯的公共磁路作用實(shí)現(xiàn)兩組耦合電感的解耦集成.2片代”型磁芯的3個(gè)橫軸和1”型磁芯的接觸截面處形成了3組兩兩對(duì)稱的氣隙，使得氣隙數(shù)量較之際”型結(jié)構(gòu)增加一倍旦分布更加均勻通過調(diào)節(jié)接觸截面的磁芯間距改變磁路氣隙長(zhǎng)度，即可以實(shí)現(xiàn)該耦合電感器的耦合度可變.柱的氣隙長(zhǎng)度為磁芯長(zhǎng)度為L(zhǎng)，中間柱磁芯的截面積為認(rèn)/h,；根據(jù)磁阻公式和串聯(lián)磁阻原理，可定義圖3所示耦合電感器各段磁阻計(jì)算方程如下:R=1+R

13、/Hoy.-k:h1I2R,=_<D<D+R"y0G)RauI)Rihi式中Rh為氣隙磁阻為空氣磁導(dǎo)率；4為磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率.為提高圖3中基本磁性模型精確度，須考慮磁路模型的電路特性和復(fù)雜的物理寄生參數(shù)，且要同時(shí)反映出磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)和漏磁通量.該文采用經(jīng)典磁路一電路對(duì)偶變換的分析方法，構(gòu)建如圖4所示圖1基于兩兩耦合電感的四相交錯(cuò)型HJC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1bi?IEX3c<j-MErter'witln圖2耦合電感結(jié)構(gòu)I2GzkctlJixLclcrjs該結(jié)構(gòu)耦合電感器利用2個(gè)外圍色”型鐵芯實(shí)現(xiàn)四相主電感磁集成，較之色”型、h”型、te王已”型和王r型耦合電感器只能實(shí)現(xiàn)

14、兩相電感集成可同時(shí)節(jié)約鐵芯和銅材材料且能充分減弱渦流損耗和磁通損耗,有利于獲得更大的電感值.12'白IE型耦合電感器等效磁路模型分析該田”結(jié)構(gòu)新型耦合電感器基本磁路模型如圖3所示，中1、巾2、4)3和(|)1是四相繞組的主磁通量為保證各相電感之間的對(duì)稱性刈相繞組匝數(shù)都為N，且各繞組磁動(dòng)勢(shì)Nil=N±2=N13=Nb，R表示佝”型鐵芯4個(gè)對(duì)稱相等的邊緣繞組磁路的磁阻，R,表示倉”型鐵芯中心繞組的磁阻，上述磁阻定義均己經(jīng)合并考慮氣隙磁阻.設(shè)在”型磁芯的邊緣側(cè)柱氣隙長(zhǎng)度為時(shí),磁芯長(zhǎng)度為L(zhǎng),邊緣側(cè)柱磁芯的截面積為khi；中間的基于磁路與電路等效對(duì)偶變換原理的理論模型，得到基于對(duì)偶變換

15、的耦合電感器等效電路，如圖5所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁路和電路工作特性的準(zhǔn)確對(duì)比和完整分析.圖3基本等效磁路3IxphicTl-ntiilicicLjiL圖4對(duì)偶變換等效磁路模型I忌口仁4I衣zrnFtimb水】?jī)?yōu)時(shí)白5:cucLJt-rraii根據(jù)圖4、5對(duì)偶變換等效磁路和電路模型，分析所提出的耦合電感器的磁阻和磁力線分布可推導(dǎo)得到改進(jìn)的對(duì)稱耦合電感的自感L和互感M計(jì)算方程：N2L=rr=奇歡玄玖)R+zR+FRzQ)R+RzLl=12=L3=Li=LM=代2+2RzM13=M24=M將式6)分別帶入式<l)和僉),推導(dǎo)可得:E=2里Rzg2令a=&|/每2,則R=2aRz，推導(dǎo)電感耦合系

16、數(shù)：IMRz1Q),"l_R+Rz一勿+1由式G)町知，通過改變磁芯氣隙和g2調(diào)節(jié)參數(shù)a即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)該電感耦合系數(shù)k充分證明了該新型耦合電感設(shè)計(jì)方便、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn).13耦合電感器設(shè)計(jì)與磁芯選擇根據(jù)新設(shè)計(jì)的型耦合電感結(jié)構(gòu)和磁路模型采用鐵氧體磁芯材料,設(shè)計(jì)應(yīng)用于圖1所示四相交錯(cuò)型磁耦合me的宜ie"型耦合電感器.1) 系統(tǒng)規(guī)格設(shè)計(jì).首先確定采用兩兩反向耦合電感的交錯(cuò)型uc基本電路參數(shù)殳輸入、輸出電壓分別為Vh和V。，穩(wěn)態(tài)電感電流脈動(dòng)峰峰值為，總輸出電流為T。，開關(guān)頻率為R,當(dāng)占空比增加時(shí)，電感電流瞬變?cè)隽繛锳i,暫態(tài)電感電流響應(yīng)速度為Ai,=V.)2) 自感和漏感計(jì)算該文設(shè)計(jì)

17、的兩兩電感反相耦合的交錯(cuò)型四相BDC主電感L】=Lr2=L.3=，且漏感Lk亦相同現(xiàn)以第1、3相為例其電感電壓方程為Tm%»_L+M"一|cLc£d3_ciiV3=L>34M31dbc±.根據(jù)交錯(cuò)并聯(lián)磁集成理論及其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的皿當(dāng)設(shè)計(jì)變換器時(shí)，穩(wěn)態(tài)參數(shù)At和暫態(tài)參數(shù)&/AD未必能同時(shí)兼顧，此時(shí)需要優(yōu)先滿足Ai/AD，依此可推導(dǎo)出漏電感為T2vqQo)族=同理，為了滿足電感電流脈動(dòng)峰峰值的要求，可推導(dǎo)出設(shè)計(jì)的穩(wěn)態(tài)輸出紋波電流峰峰值A(chǔ)L為O位二dl)其中，血應(yīng)小于M，這裊陰該涉計(jì)合理，電感在OO保證暫態(tài)電流響應(yīng)速度的同時(shí)亦可充分滿足穩(wěn)態(tài)特性AL,

18、的要求.反之，則表明所設(shè)計(jì)耦合電感僅滿足暫態(tài)特性Ai/AD的設(shè)計(jì)要求，但不能兼顧滿足穩(wěn)態(tài)紋波電流AL,的規(guī)格.綜上分析方慮漏感氣隙,該耦合電感器自感為_Li<2)L14-k且耦合系數(shù)滿足一1WkW03) 耦合電感器磁芯尺寸確定.該文所述耦合電感器的磁通及氣隙對(duì)稱，其白”型磁芯邊柱的最大磁通密度為I<>Vr<1-2D>1>kQf2A'WBgQ3)式中L,為總輸出電流；A=kh為磁芯橫截面積B心為磁芯材料的飽和磁通密度.根據(jù)式3)推導(dǎo)A的取值，結(jié)合式4)G),可求得磁芯中柱和側(cè)柱寬度k和原度b的設(shè)計(jì)值施過式Q0)、Q2)計(jì)算自感和漏感值，再結(jié)合式G)的耦

19、合系數(shù)表達(dá)式，可以獲得磁芯氣隙g】和g22磁路仿真21新型耦合電感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用上節(jié)所提出的如”型耦合電感器設(shè)計(jì)理論和磁芯選擇原則進(jìn)行設(shè)計(jì).選用1片T”型磁芯至于中間，并輔以2片面對(duì)面對(duì)夾的倉”型磁芯，采用的EI30型鐵氧體磁芯尺寸如表1所示，磁芯結(jié)構(gòu)造FF和FT型耦合電感器m型耦合電感器山2片白”型磁芯并聯(lián)而成，可于鐵芯的邊緣側(cè)柱上集成兩相繞組耦合，3”型耦合電感器由1片表11330磁芯尺寸'昆bioIRizaictct心!£13()Ibaitccatxi?nun磁芯ABCDL£».F3001315】07107197815圖6EC30磁芯結(jié)構(gòu)161

20、63;I.30arte?strcctuio白”型磁芯和1片t”型磁芯構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)耦合電感器亦在鐵芯的邊緣側(cè)柱上集成兩相繞組耦合.上述2種結(jié)構(gòu)耦合電感器均需要2套磁芯才能實(shí)現(xiàn)圖1所示的四相電感兩兩耦合，即采用白£”型耦合電感需要4片EI30磁芯，采用3”型耦合電感需要2片EI30磁芯和2片t”型磁芯，而該文新型耦合電感僅需要2片EI30磁芯、1片T”型磁芯，且該結(jié)構(gòu)能更好地消除直流偏磁.采用該文磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耦合電感器時(shí),四相電感繞組分別繞制于臼”型鐵芯的4個(gè)邊柱，匝數(shù)均為6匝，而采用色”和也T型耦合電感時(shí)，需要2幅耦合電感，其繞組總空間增大，繞組總長(zhǎng)度大于0E”型耦合電感器，即該文提出

21、的新型結(jié)構(gòu)較之標(biāo)準(zhǔn)和l£L”型耦合電感器不僅顯著降低了磁芯材料和成本同時(shí)節(jié)省繞組材料、降低銅損具備更高的功率密度值.22耦合電感器有限元仿真為驗(yàn)證該文提出的新型耦合電感器磁路理論分析的正確性、有效性和磁芯工作的優(yōu)越性，利用ArG¥公司的電磁場(chǎng)仿真軟件，對(duì)付”結(jié)構(gòu)和該文型耦合電感器進(jìn)行仿真分析.為確保數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)和充分比較，磁芯均采用表1中曰30鐵芯的參數(shù)，電感各繞組均取6匝，且每相繞組都通入2A電流.位'和Cm”型耦合電感有限元仿真結(jié)果分別如圖7、8所示.由圖8。）可見，由于均勻分布?xì)庀兜拇嬖?，磁芯的磁感?yīng)強(qiáng)度在12安匝磁勢(shì)激勵(lì)下，僅為007T油圖8G）可知，T亞”型耦

22、合電感器集成兩組反向耦合電感，即1、3繞組反向耦合，2、4繞組反向耦合，2組之間通過中心f型鐵芯柱構(gòu)造的公共磁路解耦且可以通過該中柱氣隙實(shí)現(xiàn)電感耦合度的調(diào)節(jié)卻該文提出的新型C1E”耦合電感磁通仿真與文22節(jié)的理論分析一致，說明了磁路建模理論的宥效性和設(shè)計(jì)方法的正確性.再對(duì)比分析圖7、8可知該文提出的代IE”型耦合電感器較之傳統(tǒng)打''型結(jié)構(gòu)，在磁芯體積、磁通密度、氣隙分布和繞組匝數(shù)等方面均具備優(yōu)勢(shì).BiteslaINMIrt2le-4K»2T.OIXCH?4X127,O74<k-4lOJ<><1025Qxoe-n<»3-MIMcn

23、<C<K»J415>7*?-002%，以IUS1 1775c<K»rI4in?wm<JU.lMHIIVWEVO、V.9A4Rc<<MMIII -»>«>*Il-2F,sj.ooj、g<X>4I.ur»45«<oot-1磁通密度仿真磁場(chǎng)矢最仿真圖7Rr型耦合電感器磁場(chǎng)仿真I祀tc7N/fe日liiJriJtlXTirosLitcC.何'ccLfiarlixlrlcrsBKeslul7.(X)(M)e-(X>26.2759o(M>25.793lc-

24、(K)25.3H>5c.(M)243448e.(X>23. K62IZX>23J793C-OO2Z8海zm2.4l38c-(K)2l.93K)o(M)21,44K3c-<X>29.6552e-(K>34. K27oc-(KB<KM)025Ca磁通密度仿真50(mm)Bltesta|I7.0000V-002b.阪5.73lclX»25.U03e-0024.R276c-(M»24.3448e4)02?X62lc-O(>233793C-002LlW66c-i)l>22.4I38V-OO21.93llk-0021.4483c00

25、29.6552e4)034.8276e-0030.0000iHXX)G）磁場(chǎng)矢量仿真G）磁場(chǎng)矢量仿真圖8'tlE型耦合電感磁路仿真I它8IVLyctiain-ttij31rcLdos3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為驗(yàn)證該文新型耦合電感理論的正確性，設(shè)計(jì)圖1拓?fù)渌镜乃南嘟诲e(cuò)型HT實(shí)驗(yàn)樣機(jī),并依此措建系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，如圖9所示.樣機(jī)參數(shù)其BbCEt模式時(shí)，輸入側(cè)低電壓V=10V，輸出側(cè)高電壓V<>=12V，每相輸出負(fù)載電流相等L=25A,穩(wěn)態(tài)相電感紋波電流峰峰值=0701A；其模式時(shí)，輸入側(cè)高電壓V-=10V，輸出側(cè)低電壓V.=225V,每相輸出相等負(fù)載電流工=12111.A穩(wěn)態(tài)相電感紋波電流峰峰

26、值A(chǔ)L,=0281A2種工作模式開關(guān)頻率均為£z=100M變換器采用舊>2833斑制實(shí)現(xiàn)，電感電流測(cè)試系統(tǒng)山匝比N=1/1000、電阻Rm=1000。的閉環(huán)霍爾傳感器aiDG23MP實(shí)現(xiàn)，并通過示波器顯示電流:i=VN/k.，其中V為示波器電壓讀數(shù).5E型四相隅合電感器圖103種不同電感器樣機(jī)I10TFict?effiorj1.rImjljs結(jié)合實(shí)驗(yàn)樣機(jī)參數(shù)及該文耦合電感器設(shè)計(jì)理論及磁路仿真模型，采用表1中ET30鐵氧體磁芯設(shè)計(jì)制作四相耦合電感器樣機(jī)，如圖10所示.并使用圖9變換器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)及測(cè)試平臺(tái)I9IX/bCcoivcrta：'TH2773A電感自動(dòng)測(cè)量?jī)x測(cè)試樣機(jī)自

27、感和漏感等，如表2所示.為說明交錯(cuò)型雙向BDC中采用耦合電感設(shè)計(jì)的必要性及對(duì)比該文新型耦合電感器的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采用表1中代T30”磁芯設(shè)計(jì)相同自感及互感規(guī)格的型耦合電感器，如圖10所示，對(duì)比圖中電感尺寸可知，設(shè)計(jì)的初型耦合電感器具備一定的體積、重量和成本優(yōu)勢(shì).表2研制的四相耦合電感器參數(shù)自世pH互感耦合系數(shù)LiL2L3L4M13=M24Kl3=K31=K24=K423031313088-02831穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)首先將圖10中分立電感應(yīng)用到該文四相交錯(cuò)me,測(cè)試其穩(wěn)態(tài)電感電流紋波脈動(dòng)波形，如圖11所示.然后測(cè)試相同電路參數(shù)下，2種耦合電感器分別運(yùn)行于<及氏mt模式的穩(wěn)態(tài)相電感電流紋波脈動(dòng)及穩(wěn)態(tài)輸出

28、電壓波形，如圖12所示.對(duì)比圖11、12中分立電感和耦合電感的電流紋波可知，交錯(cuò)型BDC中采用耦合電感設(shè)計(jì)可以成倍地降低穩(wěn)態(tài)紋波，改善變換器穩(wěn)態(tài)性能；對(duì)比圖11內(nèi)2種不同耦合電感器的實(shí)驗(yàn)波形可知，采用該文提出的新型耦合電感器較之傳統(tǒng)用'型耦合電感器在全部工作模式下穩(wěn)態(tài)輸出波形更平滑、毛刺更少、紋波電壓更小而較之分立電感器電流穩(wěn)態(tài)紋波脈動(dòng)更小.（2網(wǎng)格）分立電感波形（Boost作模式）(筆>0一二1/1(率v（2同格）分立電感波形（BuckI：作模式）11采用分立電感的電流紋波實(shí)驗(yàn)波形I1hlcLtlCTXlXTOTLKVplc?lx<_ixuytjjcjdJrnix婦;g&

29、quot;3格)(a)傳統(tǒng)E1型隅合電感(BoosU：作模式)(、A0uAnmls笫->38Uamp（I>=414muUavs（1）=5O7muUnnMI尸516muf/（5jis路）（b）研制的EIE型耦合電感（Boost工作模式）>。二>=互m汨尊(注/VT.3B-（Janip（l>-4l4nujUavs（l>-5O7nxiUrrnG廣5l6mu&T旦一空(生、<二_.堤矽堡呂Z/(5ps/ffi)(d)研制的EIE型耦合電感(BoostI.作模式)l/(S四格)(c)傳統(tǒng)EI型荊合電感(BoostI：作模式)圖12采用2種耦合電感的電流紋

30、波及輸出電壓穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)波形I12Ir-rlrlcyxxxrcrt.WTvcf&mcl1X71X3tw>ciffcroTLi-rixlcr«32暫態(tài)試驗(yàn)為驗(yàn)證變換器采用新型耦合電感器暫態(tài)特性，設(shè)計(jì)負(fù)載動(dòng)態(tài)突變下輸出電流和輸出電壓的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)如圖13幺)、G)所示，由圖中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該文提出的新型耦合電感器具備良好的暫態(tài)特性，能示，分析圖中曲線可知，包”型耦合電感器較之分立電感器其輕載至滿載范圍的轉(zhuǎn)換效率均大幅提高,而該文新型E”型耦合電感器較之前2種電感器全功率范圍效率最高驗(yàn)證了理論分析的正確性和該文初型耦合電感器的優(yōu)越性.完全滿足變換器負(fù)載突然調(diào)整下的動(dòng)態(tài)輸出和工作穩(wěn)定性

31、.1/（5咋/格）70.00-65.0060.0055.0050.0045.0040.0035.0030.002負(fù)載電流/A一/35kHz70皿士j105kH;34_圖14不同負(fù)載下的效率曲線(a)輸出電流用態(tài)試驗(yàn)波形(b)輸出電壓料態(tài)試驗(yàn)波形圖13研制的新型耦合電感器暫態(tài)實(shí)驗(yàn)波形vtigricxccbjsligirxLcfcas33效率測(cè)試最后采用相同規(guī)格的3種不同電感器在相同操作條件下測(cè)試其降壓模式下的變換器轉(zhuǎn)換效率，并繪制其全功率負(fù)載范圍內(nèi)的效率曲線，如圖14所Fktxe14Fifxziaxy*dffaoTL1c«dcoao4結(jié)語筆者提出了一種應(yīng)用于四相磁耦合HT的新型包E”結(jié)

32、構(gòu)耦合電感器，其核心采用2片色”型鐵芯并聯(lián)對(duì)夾1片V型鐵芯而成.1) 該新型耦合電感器較之傳統(tǒng)右E”型和右I”型耦合電感器多出1條V型并聯(lián)氣隙通路，使磁芯氣隙數(shù)量增加1倍磁通分布更加均勻有效減小磁阻增強(qiáng)耦合系數(shù)且能夠有效地減少旁路和氣隙擴(kuò)散磁通進(jìn)而降低由氣隙邊緣磁通量引起的渦流損耗、磁通損耗和電磁噪聲；2）該新型耦合電感器由于增加了1片上”型磁芯組成1條公共磁路橫軸，使得繞組和氣隙得以在倉”型鐵芯的兩側(cè)較細(xì)小的側(cè)柱上完成繞組解耦集成從而實(shí)現(xiàn)四相繞組電感在同一副既兩兩對(duì)稱耦合又彼此解耦的集成，較之傳統(tǒng)臼王型和T王r型耦合電感器只能實(shí)現(xiàn)兩相電感集成，可同時(shí)節(jié)約鐵芯和銅材材料且可靠性更高；3）該耦合

33、電感器通過調(diào)節(jié)接觸截面的磁芯間距改變磁路氣隙長(zhǎng)度即可以實(shí)現(xiàn)該耦合電感器的耦合度可變，具備靈活性和擴(kuò)展性；4）該文建立該耦合電感器的磁芯磁路模型，同時(shí)給出設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，仿真和實(shí)驗(yàn)證明了磁路模型的正確性和設(shè)計(jì)方法的有效性、可行性.5）實(shí)驗(yàn)有效地驗(yàn)證了該耦合電感器較之傳統(tǒng)位”型耦合電感器在全部工作模式下，穩(wěn)態(tài)輸出波形更平滑、毛刺更少、紋波電壓更小而較之分立電感器電流穩(wěn)態(tài)紋波脈動(dòng)更小11能夠提高變換器全功率范圍的轉(zhuǎn)換效率.參考文獻(xiàn)二h理磊，郭瑞，榮德生，等.微電網(wǎng)磁耦合雙向直流變換器控制策略口1電力電子技術(shù),2016,50WANGLGUC心，oteJ.Grrtrci耳Fti?cruptrlIX"

34、crrKOltEr、niizrciclQHjI201G>50-1G4.丘李洪珠，馬文濤.交錯(cuò)并聯(lián)磁集成軟開關(guān)雙向1EXJ變換器的研究口.電力電子技術(shù)，2015,49O）：12G16.LIIMAWoUzvikiiigkiiitctlirulDCTJCcrrKcrto-國(guó)RiKMzr-nkflrc3,2015,49G）：12G16.舊楊玉崗，李洪珠，馮木成.三相電壓調(diào)整模塊中付I”形耦合電感的建模與設(shè)計(jì)口口.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011,26QD:8燼7.9,YANC；Yd卷I百IJHn詁訝pHN；I*ccieccTLplEcli-r±xlcyTi3Gpie«=?imcLile*CjJ.IrctoH-iLZjlShcizb/»2011，26G1）W1G87.楊玉崗，葉菁源，寧浩軒，等.白王E”形耦合電感器的設(shè)計(jì)及其在交錯(cuò)并聯(lián)磁集成雙向rxax:變換器中的應(yīng)用電工技術(shù)學(xué)報(bào),2015,30<4>：88G97.YANC；Yt£由g,YE.NINGet目.tS王EfctkjjLXJLrjijE-ixnlih><45liGcttkiiiiirloiLsviy；irlQ非1心曰kiJactliiiilIXGDCGixo-tonfciiSi