永磁体预偏磁电感器的可视化分析方法
2019-07-19 09:29:43 点击：
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引言
磁件的重量、体积和损耗均约占电力电子变换器总量的1/3，随着电路的改进和新型器件的涌现，磁件所占的上述比例还在增大。磁性材料具有多值非线性，对温度、频率、气隙的依赖性和参数测算的艰巨性等特点，令人困惑[1]。直流分量会导致磁心饱和，减小电感量并降低整机性能甚至造成事故，这种系统级的判断已成学界共识[1-8]。文献[2]作了磁件系统分析，文献[3]改进了控制策略，文献[4]用多个励磁电流的相位差在元件级减小了直流偏磁的影响。引入永磁体可改善磁件外特性，磁饱和限流器及含永磁继电器等已商品化[5,6]，然而用永磁预偏磁来抵消直流偏磁影响的方案[7]虽已提出多年但却鲜有实际应用。文献[6,8]研究了永磁材料的特性和模型；文献[9]阐明了钕铁硼温度与磁通频率的关系；文献[10]研制了永磁预偏磁的高频电感器，分别从材料、永磁体和预偏磁方案上为完善永磁体预偏磁设计上做了研究，但因其磁路的非对称性、获取局部B-H回线磁导率和方程有用最优解的艰巨性，导致永磁电磁器件的研发仍处于定性分析可行设计多、定量分析优化设计少的状态[1,11]。可视化是科学计算的一个发展方向，Matlab等软件是以切片色图来实现4维可视化的，并称是令人振奋的成果[12]，但其与第4维数值对应的色彩却是隐含的，只有通过切片才能看到，切片多则视角小，减少切片又会漏掉相关信息，尚属不完全4维可视化[11]。
本文用钕铁硼对既有直流电感器进行改进，用完全4维可视化[11,13-15]展现数值解的全局分布，讨论了在保证最大磁密的空间分布基本一致的前提下，以“零预偏”减小磁件体积，提高功率密度的优化设计方案。
2预偏磁电感器的磁路分析
2.1预偏磁电感器的结构