电感器位于交流侧的单相不控整流滤波器的可视化设计分析
以直流输出额定电压220V为基准,标幺值大于2为约束条件,式(5)最大瞬态电压ud1inrush标幺值的可行域空间分布如图5所示。
以直流输出额定电流18A为基准,标幺值大于15为约束条件,式(6)最大浪涌电流iL1inrush标幺值的可行域空间分布如图6所示。
LC低通滤波器的谐波衰减比[7]如下式所示:
结合工程实际,从图8(b)的团解范围很容易得到有使用价值的全局最优解。本例为了比较图1两种滤波器,比照文献[7]仍将R12、L8mH、C5600F为选择目标。
2.2电感器体积
2.2.1铁心电感器的体积表达
根据电感器储能和铁芯能量的关系可得
式(17)提示,在电感器电流断续的状态下,电感器位于交流侧或直流侧时的电感器电流峰值Ipk相等,则在该电流激励下的最大磁场强度Hm也相等,这样对于要求电流相同、电感量也相同的电感器来说,其体积主要由铁心磁导率来确定。
2.2.2电感器铁心的磁导率
对于图1(b)所示位于直流侧的电感器来说,其稳态电流含有直流分量,铁心工作在B-H曲线的第I象限,其增量磁导率可以近似地表述为
常用电感量测量仪的基本原理为交流电桥,作用在被测线圈的电流、电压和线圈磁件工作象限均与电感器实际工作状况下有很大的不同,铁心磁导率及其电感器电感量的测算均难以直接获取。
图1(a)所示位于交流侧的电感器的电流不含直流分量,铁心工作在B-H曲线的第I-III象限,其增量磁导率可以近似地表述为
主磁路上往往要增加气隙,从而使得图1(b)的电感器铁心的交流等效磁导率进一步显著下降。
2.2.3电感器的体积比较
本例硅钢片材质亦与文献[7]相同,舌芯截面积S22.4cm2,线圈匝数N=80,平均磁路长度lc19.22cm,气隙长度lg2mm(仅用来降低B-H曲线剩磁,以提高交流电感量的线性度[10]),用YD2816型电桥仪在工频状态下测量得到的电感量为7.9mH,因在测量电源的作用下铁心也工作于I-III象限,基本磁化曲线与交流电感器的实际工况相近,故测量结果可以直接采信。两电感器的实物照片如图9所示。右边为位于交流侧的电感器(交流电感器),左边为文献[7]所用的位于直流侧的电感器(直流电感器),两电感器的体积比为V交:V直1:2,即在稳态特性不变的条件下将单相不控整流LC低通滤波器的电感器从直流移至交流侧,所用电感器的体积可以缩小约一半。