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讨论 第十期概念组

讨论Dowell变压器线损计算方法

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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2018-7-9 17:01:47
变压器损耗一直以来都是经验和实际测试来进行,所谓Kac更多的是经验结论,或者仿真实现,以Dowell的原文为起点,讨论如何理论分析变压器的优化设计。
夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2018-12-19 14:03:08
 
现阶段我们计算线损主要考虑肌肤效应和邻近效应,肌肤效应经典公式分析。而邻近效应一般使用DOWELL模型,DOWELL模式大概可以分析如下:
将圆形导体等效为方形导体,在等效为铜皮。核心思想就是将三维等效为一维来计算,从而得到一个接近的可以使用的结果

Dowell模型

Dowell模型

模型的建立

模型的建立
夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 14:48:00
 
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默认的绕线是规则排布,从而可以实现等效,等效完成后进而计算磁场强度的分布
夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 14:53:12
 
等效过程将圆形导体的直径等效为一个方形的导体,然后在N匝等效为一个铜箔,其中有一个电导率的补偿,同时,我们为了能够精准计算需要对肌肤深度也进行等效,最后我们得到了一个铜箔,从而认为只在X轴上计算邻近效应,减小maxwell的计算量,将一个三维计算逐渐简化为一维来计算。
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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 14:58:38
 
然后就是在一维的角度我们来分析磁场强度的分布了,这里就有不同的变压器的绕制方式从而产生不同的分布及不同的分支,这里可以看出交错绕制的变压器的Hmax最小,包围的面积也最小
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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:01:31
 
现在很多机器绕制的变压器,PCB变压器一致性和每层的排布很符合这种等效
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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:04:27
 
这里的H的计算方式我们默认的是沿着X轴方向,默认Y轴及Z轴没有差异,这个大部分变压器都是可以满足的
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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:09:45
 
这里按照这个来进行maxwell方程求解,整个过程很多书上都有讲解,有的也很复杂,数学要求就一下子上了一个档次了,难倒了大部分的同学,我们这里就其中的一下结论性的结果进行理解。
前提是假设 :
(1)第m层线圈导体表面磁场强度的法向量为0,磁场强敌的切向量H(0),
H(d)分别由磁势F(0)和F(d)所产生
(2)电流波形为正弦波,电流值用有效值表示
(3)H(0)和H(d)的相位相同
基于如上假设进行计算。。。。。。

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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:15:09
 
这里没有考虑原边副边,可以近似认为这个是求的电感。
使用双曲函数,我们就得到了dowell公式,理论上理解了,我们再mathcad中可以直接使用这个公式,这样是不是就很简单。
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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:23:05
 
有很多书讲解这些内容,精通开关电源技术,应用于电力电子技术的变压器和电感理论、设计与应用 [(爱尔兰)W.G.Hurley,(德)W.H.Wolfle 著] 2014年
还有现代电力电子的磁技术。
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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:25:15
 
如果我们只想要一个简单的计算估算,可以更加简化一下过程,同样的等效模型,这个很容易。
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夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:28:35
 
这个结论和赵修科老师的书上的结果是一致的,简化后可以算多层并绕和变压器的线损的比值,这个理论上maxwell计算,是包括肌肤效应和邻近效应的。
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lanyuye00
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  • 2021-3-2 15:54:28
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楼主,这书有电子档的吗?
夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:33:55
 
方程组中计算的结果,有一本书中讲得比较详细,一项基本是肌肤损耗,一项是邻近损耗。应该这样,时间太久了。
dwjnba369
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  • 2020-9-19 17:04:00
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大佬,能否提供书名
天降甘霖
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本网技师
  • 2019-4-21 16:28:58
 
气隙fringing Flux对其的影响怎么考虑
cmg
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  • 2019-4-17 15:26:52
 
Dowell曲线可以概念理解一下,计算都不准的
夜雨雨夜
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副总工程师
  • 2019-4-17 15:31:19
 
在一些平面变压器中和maxwell仿真差异相对小一些,初始估算还是可以的
yangpower
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  • 2019-4-18 15:35:45
 

箔绕组,变压器(无气隙,励磁电流很小,即磁芯中磁场强度近似为0)一维模型的计算结果和FEA的结果是非常接近的。
圆线等效方线再等效箔绕组的方法,一维模型计算结果在很大的范围内结果偏小,在很小一段范围内结果与实际有可比性。
yangpower
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  • 2019-4-18 15:42:55
 


箔绕组还是很准的
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greendot
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  • 2019-4-18 17:38:11
 
哪里的资料? 有点看不明白。解释一下?
说铜箔时很准,觉得只是得出的数值比较接近而已,功耗的机理其实有分别。
yangpower
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  • 2019-4-20 20:48:40
 
上一行是一个,下一行是另一个,左边一列是fea结果,右边一列是计算值
greendot
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  • 2019-4-21 09:41:52
 
那右图 x-axis 是 ? 铜箔厚度 ?
greendot
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  • 2019-4-21 11:49:16
 
我也试过用一个例子来比较FEA和Dowell公式,得出的Fr,FEA是2.92,Dowell是2.38,主要是Dowell缺了Edge Effect带来的功耗。
cmg
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  • 2019-4-21 16:41:07
 
要考虑谐波的影响吧,至少要算到5次谐波
greendot
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  • 2019-4-21 18:01:49
 
我的是100KHz正弦电流,0.2mm 铜箔,绕4层 ,(还有铜箔宽度) 。用单频率就足以看出两者的分别。
其它波形就要用 Fourier 分解,各分量加起来。


cmg
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  • 2019-4-21 18:59:41
 
变压器没有气息,没有边缘效应啊,当然反激(电感)就不一样了,另外应该跟实际测量对比,可能两个都不准
greendot
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  • 2019-4-21 21:54:11
 
不是fringing effect, 是edge effect, 铜箔两端(即近磁芯处)的电流密度最高, 功耗密度最大, 这是Dowell 没考虑的。我觉得FEA还是可以的, 跟实测十分接近 , 文章如是说。
cmg
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  • 2019-4-22 12:05:42
 
你是指靠近磁芯处的,请教大师一个问题,邻近效应是指临近,如果我不临近,如反激初级两层我把位置拉开超过线直径3倍(这里不考虑漏感),是不是临近效应几乎就没有了?
夜雨雨夜
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  • 2019-4-22 16:14:49
 
版主,书上是这么说的,将填充系数进行转换。dowell是以完全填充为计算假设的。如果像你说的隔离开了,邻近效应肯定会减少甚至忽略不计的。
DOWELL计算是没有考虑气隙的切割,边缘效应这些,我贴一个仿真图,就可以看到,必须对气隙进行避让。所以DOWELL计算结果相对会偏小,只能算一个估算值,作为前期设计参考,如果再详细就得仿真了。
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cmg
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  • 2019-4-22 21:12:03
 
我们做平面变压器,气息避让常用,并且气息一般是放在一端的,不会居中。也做过实验:故意把PCB绕组放到气息那里,45W的电源输入会增加0.1W,似乎也不大。
也做了绕组隔离的板子,五一节后变压器 回来试结果,虽然漏感会增加,但因为是ACF拓扑,漏感能量会送到次级,不会浪费掉,希望AC电阻减小对效率有帮助
dwjnba369
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  • 2020-9-19 17:08:28
  • 倒数5
 
老板,你用的是什么磁仿真软件呢
夜雨雨夜
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  • 2020-9-21 08:50:29
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maxwell
dwjnba369
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  • 2020-9-21 10:09:56
  • 倒数3
 
好的,感谢分享!
greendot
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  • 2019-4-23 12:27:56
 
两层位置拉开,临近效应依然有,情况基本没变化,看MMF(H场)的分布便知。
yangpower
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  • 2019-4-22 19:36:07
 
我积累了大量的对比数据,这里贴出来的是早期比较粗糙一些的结果。
箔绕组,变压器(无气隙),一维模型的计算结果和fea非常接近,也有一些实际的测量结果,相符度都很好。
greendot
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  • 2019-4-23 12:34:31
 
我上面的仿真是电感,对Dowell 有点不公平。对于变压器,FEA和Dowell 应该是非常接近的 。兄台FEA是用2D、 3D来仿?
yangpower
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初级工程师
  • 2019-4-23 18:52:05
 
贴图是2D,3D也有很多例子,和2D的差异在磁芯外面的部分。
cmg
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  • 2019-4-24 08:02:09
 
FEA没用过,前几天刚装了ANSYS,要多向两位请教
greendot
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  • 2019-4-24 16:53:10
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其实 ANSYS Maxwell,Jmag,Vector Field Opera , Infolytica MagNet,Altair (原 Cedrat) Flux,Quickfield 等我都不懂用的。楼上yangpower应该是个方家。
yangpower
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  • 2019-4-24 18:03:19
  • 倒数9
 
CST,COMSOL
greendot
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  • 2019-4-24 18:43:50
  • 倒数8
 
对,还有COMSOL,兄台用啥呢? CST 好像是RF方面的。
夜雨雨夜
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  • 2019-4-19 14:31:47
 
你的新旧计算值的对比是指使用了DOWELL?旧的是直接算直流?
yangpower
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初级工程师
  • 2019-4-20 20:44:44
 
没有直接用dowell的计算,是从一维模型出发重新推导的,旧计算是以前用mathcad实现的,新计算是matlab实现的,因为计算软件的编程语法不同,实现的过程有一定差异。
yangpower
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初级工程师
  • 2019-4-20 20:47:33
 
第一行是一个铜箔绕组变压器,第二行是另一个铜箔绕组变压器,两个的激励也不同
xing951236
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本网技师
  • 2020-4-4 15:06:22
  • 倒数7
 
请问下,这个是哪一本书里面的
295351289
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最新回复
  • 2022-4-29 16:58:28
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那个书有详细介绍啊,整个看下来不够连续,不太好理解
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