Maxwell仿真变压器后处理——变压器参数计算

摘要:
最近,麦克斯韦建立了一次侧两匝、二次侧两圈的空心变压器模型,并计算了变压器的一次侧电感、二次方电感、互感、交流电阻等参数。

最近使用Maxwell建立了原边2匝,副边2匝的空芯变压器模型,计算变压器原边电感,副边电感,互感,交流电阻等参数。并将其中一些细节性,原理性问题记录与大家分享,也方便自己回顾。

Maxwell仿真变压器后处理——变压器参数计算第1张Maxwell仿真变压器后处理——变压器参数计算第2张

Maxwell仿真变压器后处理——变压器参数计算第3张

1、搭建上图所示Maxwell模型,并添加电流激励。

假设:原边绕组第一匝添加激流电流为Current1,

原边绕组第二匝添加激流电流为Current2,

Current1,Current2为原边电流,

副边绕组第一匝添加激流电流为Current3,

副边绕组第二匝添加激流电流为Current4,

Current3,Current4为副边电流。

(注意:激励电流大小与变压器自感互感,交流电阻没有关系)

2、原边绕组自感:

分析:电感的大小定义为单位电流产生的磁链数的多少。自感是自己电流产生电磁场能量,等效为自感。首先,原边绕组有两匝,每匝绕组有自感,原边绕组之间有电感。总的来说,原边绕组总的自感=每一匝线圈的自感+不同匝之间的电感。

原因:Maxwell模型将原边绕组分成了不同的匝,那么原边电流也分为不同的段。不同绕组中电流在各自绕组中会产生自感,由于原边电流是串联的,那么,第一匝线圈电流在第二匝绕组线圈中产生的电感,和第二匝线圈在第一匝绕组线圈里面产生的电感,都需要叠加到总的原边绕组电感中。

因此:Lp = L(current1,current1)+L(current1,current2)+L(current2,current1)+L(current2,current2)

3、副边绕组自感:

同理:Ls = L(current3,current3)+L(current3,current4)+L(current4,current3)+L(current4,current4)

4、原副边绕组互感:

分析:互感是别人电流产生的电磁场,在自己线圈产生的磁通的变化,等效为互感。在变压器或者是耦合电感中,可以简单的理解为原边电流在副边绕组中产生的电感。

因此:M = L(Current1,Current3)+L(Current1,Current4)+L(Current2,Current3)+L(Current2,Current4) 也就是边电流在副边绕组之间产生的电感的叠加,

或者为 M= L(Current3,Current1)+L(Current3,Current2)+L(Current4,Current1)+L(Current4,Current2)也就是边电流在原边绕组之间产生的电感的叠加。

注意: 互感不可以直接理解为励磁电感Lm,即 M 不等于 Lm。

5、耦合系数k:

根据书上,耦合系数 k = M/sqrt(Lp*Ls),  通用公式

当且仅当k = 1时,

n = sqrt( Lp / Ls)     特殊公式

Lm = M*sqrt( Lp/Ls ) = M * n    特殊公式

6、原边漏感,副边漏感:

Lkp = (1-k)*Lp       通用公式

Lks = (1-k)*Ls        通用公式

7、交流电阻

交流电阻在不同的领域,定义是是不同的。

在二极管中,交流电阻定义为电压相对与电流的变化率。

在电力电子领域,交流电阻定义为交流阻抗。

产生原因:

在高频变压器模型中,由于趋肤效应和临近效应,导致绕组电气上等效电阻大于直流电阻。所等效出来的电阻称为交流电阻。

计算方式:

在Maxwell仿真的后处理中,Maxwell通过自动网格划分,计算数值解。

原边绕组的交流电阻 Rpac = R(Current1,Current1) + R(Current1,Current2) + R(Current2,Current1) + R(Current2, Current2)

副边绕组的交流电阻Rsac = R(Current3,Current3) + R(Current3,Current4) + R(Current4,Current3) + R(Current4, Current4)

总的绕组交流电阻 = Rpac + n*n*Rsac (也就是把副边交流绕组折算到原边)

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