Modeliranje in analiza magnetnih komponent v močnostnih DC-DC pretvornikih : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2014

Disertacije   histerezni pojavi   Magnetne komponente   metoda končnih elementov   močnostni DC-DC pretvorniki   Modeliranje   nehomogeno porazdeljen magnetni pretok   neuravnotežen magnetni pretok   preprečevanje nasičenja   vezni modeli   vrtinčni toki

Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko

Doktorska disertacija obravnava različne metode modeliranja, analizo ter načine preprečevanja pojavov neuravnoteženega in nehomogeno porazdeljenega magnetnega pretoka v magnetnih komponentah močnostnih DC DC pretvornikov. V okviru disertacije sta predstavljeni dve metodi podrobnejšega modeliranja magnetnih komponent. Prva metoda predstavlja uporabo metode končnih elementov, kjer je model končnih elementov povezan z veznim modelom DC-DC-pretvornika, v katerem so ustrezno upoštevane lastnosti aktivnih in pasivnih komponent pretvornika. Podrobneje sta predstavljena teoretično ozadje in način vzpostavitve neposredne povezave na osnovi modificirane metode vozliščnih potencialov. Druga metoda za podrobnejše modeliranje magnetnih komponent predstavlja uporabo metode koncentriranih parametrov. S pomočjo te metode je na podlagi reluktančnih vezij upoštevana topologija magnetnega podsistema. Z uporabo ustreznih histereznih modelov so v reluktančnem modelu upoštevane histerezne lastnosti uporabljenega materiala. Predstavljen je tudi dinamičen model mehkomagnetne pločevine, ki upošteva vpliv induciranih vrtinčnih tokov na porazdelitev magnetnega polja znotraj mehkomagnetne pločevine. Prav tako je predstavljena metoda za določitev težko določljivih parametrov veznih modelov, ki temelji na uporabi optimizacijskega algoritma diferenčne evolucije. Nadalje so predstavljeni in analizirani vzroki za pojav neuravnoteženega in nehomogeno porazdeljenega magnetnega pretoka v jedrih transformatorjev močnostnih DC DC pretvornikov. Neuravnoteženi magnetni pretok je posledica pojava lezenja oziroma enosmerne komponente magnetnega pretoka v jedru transformatorja. Nehomogeno porazdeljen magnetni pretok pa je posledica neustrezne razporeditve navitij na jedru transformatorja, ki povzroči neuravnotežene delne magnetne sklepe v oknu transformatorja. Oba opisana pojava lahko povzročita nasičenje jeder transformatorjev, v splošnem pa znižujeta izkoristek, gostoto moči in zanesljivost delovanja naprave. Nadalje so predstavljeni tako aktivni kot tudi pasivni ukrepi za preprečevanje opisanih pojavov. Ugotovljeno je, da lahko neuravnoteženost magnetnega pretoka preprečujemo tako z aktivnimi kot tudi pasivnimi ukrepi, v nasprotju s tem pa lahko nehomogeno porazdelitev magnetnega pretoka zmanjšujemo samo s pasivnimi ukrepi. Predstavljeni so tudi načini in senzorji za ugotavljanje neuravnoteženosti magnetnega pretoka in nasičenja jeder magnetnih komponent, kjer je podrobneje predstavljen senzor v obliki magnetnega mostiča. S pomočjo tega senzorja je načrtovana aktivna metoda za preprečevanje nasičenja v jedrih transformatorjev, ki temelji na histerezni regulaciji magnetnega pretoka. Na koncu je obravnavana problematika analizirana s pomočjo numeričnih izračunov na podlagi izpeljanih modelov, ki so potrjeni tudi eksperimentalno.

07.08.2023