抑制偏磁的简单电路拓扑及其工作原理
一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略
一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略1. 引言1.1 研究背景单级全桥PFC变换器是一种常用的AC/DC变换器拓扑结构，适用于电源因特网、工业自动化、家用电器等领域。
在实际应用中，因为功率开关器件开关过程中的高频脉冲电流以及磁元件的非线性特性等原因，会导致变压器存在偏磁现象。
变压器偏磁会使系统的工作效率下降，损耗增加，同时对系统的稳定性和可靠性产生不利影响。
针对单级全桥PFC变换器中存在的变压器偏磁问题，需要制定一种合理有效的抑制策略。
通过分析偏磁的原因及影响，探讨减少偏磁对系统性能的影响，提出一种可行的变压器偏磁抑制方案。
这将有助于提高单级全桥PFC变换器的效率和稳定性，推动该技术在各个领域的应用。
本文将重点研究单级全桥PFC变换器中变压器偏磁问题及抑制策略，旨在为提升系统性能提供理论和实践支持。
1.2 研究意义变压器偏磁是影响单级全桥PFC变换器性能的重要因素之一。
研究变压器偏磁抑制策略的意义在于提高变换器的效率和稳定性，从而提升电力系统的整体性能。
通过探讨偏磁对系统性能的影响，可以更好地理解偏磁问题的本质，为解决这一问题提供理论指导和技术支持。
有效的变压器偏磁抑制方案可以减小系统中的功率损耗，提高能量利用效率，降低能源消耗，符合节能减排的国家政策要求。
通过研究变压器偏磁抑制技术，也可以为相关领域的工程实践提供参考和借鉴，推动相关技术的发展与应用。
研究变压器偏磁抑制策略具有重要的理论和实际意义，对推动单级全桥PFC变换器的进一步优化和发展具有积极的促进作用。
希望通过本文的研究，能够为相关领域的工程技术工作者和学术研究人员提供有益的参考和启发，推动电力系统领域的技术创新和发展。
2. 正文2.1 单级全桥PFC变换器的工作原理单级全桥PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）变换器是一种常用于电源系统中的拓扑结构，其主要作用是对输入交流电源进行整流、滤波和功率因数修正，以提高电源系统的效率和稳定性。
磁路的拓扑优化
磁路的拓扑优化磁路是电机、变压器等磁动力设备中储存和传递磁能的重要组成部分。
磁路的优化设计可以提高设备的性能和效率。
本文将重点介绍磁路拓扑优化的原理和方法，并讨论其在不同领域的应用。
磁路的拓扑优化旨在改善磁场的分布和传递，以提高设备的效率和性能。
它涉及多个方面的设计，如磁路的形状、材料选择、线圈设计等。
通过优化磁路的拓扑结构，可以减小磁阻、提高能量传输效率，从而提高设备的工作效率和性能。
在磁路的拓扑优化中，一个重要的考虑因素是磁场分布。
磁场分布的好坏直接影响设备的性能。
磁场分布的均匀性和强度是磁路拓扑优化的主要目标之一。
通过采用合适的磁路结构和材料，可以改善磁场的均匀性和强度，从而提高设备的性能。
另一个重要的考虑因素是磁路的磁阻。
磁阻是磁路中阻碍磁场传递的因素。
减小磁阻可以提高能量传输的效率。
在磁路拓扑优化中，可以通过改变磁路的形状、材料和线圈设计等方式来减小磁阻。
例如，增加磁路的截面积可以减小磁阻，提高设备的效率和性能。
磁路的材料选择也是磁路拓扑优化的重要内容之一。
不同材料的磁导率和磁饱和特性会直接影响磁路的性能。
通过选择合适的材料，可以改善磁路的磁导率和磁饱和特性，从而提高设备的效率和性能。
例如，使用高磁导率和低磁饱和特性的材料可以提高设备的工作效率和性能。
在磁路拓扑优化中，线圈设计也是一个关键的方面。
线圈是控制磁场分布和传递的主要部件。
通过优化线圈的设计，可以改善磁场的均匀性和强度，从而提高设备的性能。
线圈的设计包括线圈的形状、匝数、截面积等多个参数的选择。
通过合理地选择这些参数，可以实现更好的磁场分布和传递效果。
磁路拓扑优化已经在多个领域得到了广泛的应用。
在电机设计中，优化磁路的拓扑结构可以提高电机的转矩和效率。
在变压器设计中，优化磁路的拓扑结构可以提高变压器的传输效率和功率密度。
在电磁兼容性设计中，优化磁路的拓扑结构可以减小设备的电磁辐射和互感干扰。
总之，磁路的拓扑优化是提高磁动力设备性能和效率的重要手段。
一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略
一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略一种单级全桥PFC变换器在电力电子设备中被广泛应用，用于提高功率因数和减少谐波污染。
变压器的偏磁问题一直是该变换器的一个关键挑战。
本文将介绍一种变压器偏磁抑制策略，以解决单级全桥PFC变换器中的偏磁问题。
让我们先了解一下单级全桥PFC变换器的工作原理。
单级全桥PFC变换器是一种高效的电力电子变换器，能够将交流电源转换为所需电压和电流的直流电源。
它通常由四个功率开关管和一个变压器组成，通过调整开关管的导通和关断状态来控制输出电压和电流。
由于变压器的非线性特性，当变压器处于不理想的工作条件下时，会出现偏磁现象，导致输出波形的失真和功率因数下降。
为了解决变压器偏磁问题，我们提出了一种新的抑制策略。
该策略利用了变压器的饱和特性，通过控制变换器的工作状态来抑制变压器的偏磁现象。
具体来说，我们设计了一个基于反馈的控制系统，通过监测变压器的输入和输出电压，实时调整变换器的工作状态，使其在不会产生偏磁的范围内工作。
为了验证该抑制策略的有效性，我们进行了一系列的实验和仿真。
结果表明，该策略能够有效的抑制变压器的偏磁问题，显著改善了单级全桥PFC变换器的输出波形和功率因数。
与传统的控制方法相比，该策略能够更好的适应变压器的非线性特性，提高了系统的稳定性和可靠性。
通过引入一种新的变压器偏磁抑制策略，我们可以有效的解决单级全桥PFC变换器中的偏磁问题，提高了系统的性能和稳定性。
我们相信这种策略将会在实际应用中发挥重要作用，为单级全桥PFC变换器的研究和设计提供有益的参考和指导。
希望该策略能够得到更多的关注和应用，为电力电子领域的发展做出贡献。
SPWM全桥逆变器输出变压器直流偏磁的抑制
SPWM全桥逆变器输出变压器直流偏磁的抑制相对半桥逆变器而言，SPWM全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而在大功率场合得到了广泛应用。
在SPWM全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有交流变压器。
在SPWM控制的全桥逆变器中，因各种不可预见的因素，会导致输出变压器存在直流分量，引起单向偏磁现象。
偏磁可以说是SPWM全桥逆变器中的一种通病，只是在不同的场合严重程度不同而已。
变压器的偏磁，轻则会使变压器和功率半导体模块的功耗增加，温升加剧，变压器机械噪音大（变换器开关频率或调制频率在音频范围内时），严重时还会损坏功率模块，直接威胁到系统的正常运行。
为了防止或减少变压器中的直流分量，本文以逆变桥各桥臂与中点直流电压及变压器原边的直流电流作为反馈量来抑制直流偏磁。
采用这种方法设计的电路，经在1 0kHz/15kW的全桥逆变电源中应用，证明该电路有效、实用。
高频变压器偏磁机理偏磁是指加在变压器两端的正反向脉冲电压的伏秒乘积不等，从而造成变压器磁芯的磁滞工作回线偏离坐标原点的现象。
工作时变压器的磁感应强度可表示为：励磁电流Iμ的变化率为：式中，U1为变压器初级电压；Ae为铁心截面积；N1为初级绕组匝数；L0为变压器铁芯磁路长度；μ0为空气磁导率；μr为变压器铁心相对磁导率。
在SPWM全桥逆变器中，由式(1)可知，若输出变压器初级电压正负半周波对称，则正负半周波伏秒积相等，其正反向最大工作磁感应强度Bmax也相等，铁芯磁工作点沿着磁滞回线以中心对称地往复运动。
由图1所示的变压器磁芯磁化曲线可见，此时没有偏磁存在。
反之,若输出变压器初级电压正负半周波不对称，正负半周波伏秒积不相等，则正负半波磁感应强度幅值也不同，磁工作区域将偏向第一或第三象限，即形成直流偏磁。
从而导致变压器铁芯饱和，偏磁的持续积累最终会使铁芯进入深度饱和，磁工作点进入非线性区，铁心相对磁导率?滋r迅速减少。
一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略
一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略引言随着电力电子技术的不断发展，PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）变换器在工业和商业应用中得以广泛应用。
PFC变换器通过控制电流和电压之间的相位关系，可以有效地提高系统的功率因数，减少谐波失真和提高电网利用率。
而全桥拓扑结构是PFC变换器中常用的一种拓扑结构，能够实现较高的性能和效率。
在全桥PFC变换器中，变压器的偏磁问题一直是一个不可忽视的难题。
变压器偏磁会导致电路中出现直流偏磁磁通，造成瞬时过载，影响系统的稳定性和可靠性。
如何抑制全桥PFC变换器中变压器的偏磁问题，成为了当前研究中的一个重要课题。
本文将介绍一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略，通过对PFC变换器的工作原理和偏磁问题的分析，提出了一种有效的偏磁抑制方法，并对其进行了仿真验证。
一、全桥PFC变换器的工作原理全桥PFC变换器是一种常用的PFC拓扑结构，其基本工作原理如下：在输入交流电压经整流滤波后得到直流中间电压，然后经过PWM控制的全桥逆变器，最终输出交流电压。
通过对逆变器开关管的PWM控制，可以实现对输出电压的精确调控，从而实现功率因数校正和谐波滤波的功能。
二、全桥PFC变换器变压器偏磁问题分析在全桥PFC变换器中，变压器偏磁问题主要是由于变压器的短路漏磁电感引起的。
当逆变器的输出电流为零时，变压器的短路漏磁电感将产生一个直流磁通，从而导致变压器的偏磁问题。
这种磁通直流分量的存在会导致变压器的磁饱和现象，影响变压器的传输特性和效率。
变压器的偏磁问题还会在变压器的绕组中产生热点，从而降低变压器的绝缘寿命，影响系统的可靠性。
抑制全桥PFC变换器中变压器的偏磁问题，对系统的稳定性和可靠性至关重要。
具体而言，该抑制策略的实现步骤如下：在逆变器控制环节中引入了一个偏磁检测模块，用于监测变压器的偏磁情况；然后，在控制算法中加入了一个偏磁补偿环节，通过对逆变器PWM信号的调节，实现对变压器偏磁的实时补偿；通过对系统进行仿真验证，验证了该抑制策略的有效性和可行性。
【精品】偏磁的起因和消除方法
【关键字】精品偏磁的起因和消除方法罗建武罗文杰摘要论述了变换器主变压器产生偏磁的原因和偏磁电流建立的过程，指出了消除偏磁的方法。
保守的方法是串入耦合电容，本文指出了这种方法的局限性，提出了新的校正方法。
在一种采用铁基微晶材料作主变压器，功率高达30kW的变换器中，用文中所提出的方法进行校正，取得良好的效果。
关键词：变换器主变压器偏磁自动校正The Cause and Eliminating Method of Magnetic-ShiftLuo Jianwu(Dongfeng-Citroen Automobile CO.LTD China)Luo Wenjie(Air-Force Radar Academy 430010 China)Abstract The cause of magnetic-shift of main transformer and the rising course of magnetic?-?shift current is described.The method of eliminating magnetic?-?shift is indicated.The conventional method is connecting a coupled capacitor in series.In this paper the authors indicate the limintation of this method,and present a new one.A converter using microcrystalline transformer with its power up to 30kW corrects the magnetic-shift,and achieves good results.Keywords:Converter Main transformer Magnetic-shift Automatic correction1 引言变换器主变偏磁是一个令人十分头痛的问题。
推挽变换器中对偏磁问题的抑制方法
推挽变换器中对偏磁问题的抑制方法作者：曾鹏飞来源：《硅谷》2011年第15期摘要：根据推挽变换器的原理，深入分析偏磁情况的产生以及因此对电路造成的影响，列举数种抑制偏磁产生的方法，用实验结果表明方法的可行性与变换器依此运行的可靠性。
关键词：推挽变换器；偏磁；抑制中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810181－010 引言推挽变换器应用广泛，优点是电路简单，成本低，电压利用效率高，并有着较高的电压调整率。
但是，推挽变换器有两个原边绕组，由于绕组参数以及工作中占空比的不对称，当输出功率大幅度上升时，很容易导致单边功率管发热，降低变换器效率，甚至导致开关管的损坏，而造成损坏的原因在于偏磁的发生。
1 偏磁的产生机理及影响变压器正常工作时，磁芯的磁通变化一般设计在磁滞回线的线性区域，当开关管Q1导通时，磁通沿着磁滞回线上升；当Q1截止Q2导通时，磁通沿着磁滞回线下降。
其上升值也下降值分别于开关管Q1导通期间Np1所施加的伏秒积和开关管Q2导通期间Np2所施加的伏秒积成正比。
因此，若两个伏秒积不相等时，刺心的磁通将不能在一个周期结束后回到起点，导致偏离磁滞回线的线性区，进入饱和区。
若开关管再次导通，由于进入饱和区的磁芯将失去承受电压的能力，导致开关管受到很高的电压和极大的电流，从而损坏开关管。
容易造成偏磁一般存在以下两种情况：1）开关管导通时间不同。
一般是因为开关管的个体差异或者控制电路控制策略的不同，导致每一个开关周期内两个开关管的导通时间不同，所以伏秒积也无法相等，使偏磁的情况产生。
2）导通压降不同。
由于元器件的差异以及驱动电路布板不对称，会让每个导通周期中施加到变压器上的电压不对称，无法满足两个伏秒积相等的条件，同样也会导致偏磁。
2 抑制方法1）加气隙：增大气隙的作用是使得磁滞回线的线性区域增大，一定程度上减缓变压器半绕组进入饱和区的时间，令推挽变换器不易发生偏磁而产生不期望的各种问题。
消磁电路的工作原理
消磁电路的工作原理消磁电路是一种用来去除物体磁化的电路，它的工作原理是利用磁场的相互作用来消除物体的磁化状态。
消磁电路广泛应用于各种领域，如航空、电子、船舶等，对于维护设备的正常运行和保护敏感设备至关重要。
消磁电路的工作原理可以分为两个基本步骤：磁化和消磁。
首先，在磁化步骤中，通过施加一个外部磁场来使物体磁化。
这个外部磁场可以是直流电磁铁或恒定电流，其作用是将物体中的磁性颗粒或原子重新排列，使物体具有一定的磁化程度。
然后，在消磁步骤中，通过改变外部磁场的方向和强度来逐渐减小物体的磁化程度，最终使物体完全去磁。
在消磁电路中，常用的元件包括电源、线圈和磁场传感器。
电源提供电流，线圈通过电流产生磁场，磁场传感器用于监测磁场的强度和方向。
根据监测到的磁场信息，可以对线圈中的电流进行调节，从而控制磁场的强度和方向，实现对物体磁化和消磁的控制。
消磁电路的工作过程可以简单描述为以下几个步骤：1. 施加磁场：首先，通过控制电源将电流导入线圈中，产生一个较强的磁场。
这个磁场的方向和强度取决于电流的方向和大小。
2. 磁化物体：将需要消磁的物体放置在线圈中的磁场中，物体中的磁性颗粒或原子将受到磁场的作用而重新排列，使物体磁化。
3. 监测磁场：通过磁场传感器监测磁场的强度和方向。
这些信息将用于后续的控制步骤。
4. 调节电流：根据磁场传感器监测到的磁场信息，通过控制电源调节线圈中的电流。
通过改变电流的方向和大小，可以改变线圈中产生的磁场的方向和强度。
5. 逐渐消磁：通过逐渐减小电流的大小和改变电流的方向，线圈中的磁场逐渐减弱并逐渐改变方向。
物体中的磁性颗粒或原子将受到磁场的反作用力而重新排列，最终使物体的磁化程度减小。
通过反复调节线圈中的电流，可以实现对物体磁化和消磁过程的控制。
最终，物体的磁化程度将逐渐减小，直到完全去磁。
消磁电路通过施加磁场和调节电流的方式来控制物体的磁化和消磁过程。
通过合理的设计和控制，可以有效去除物体的磁化，保护敏感设备的正常运行，并维护设备的长期稳定性。
抑制变压器直流偏磁的措施
抑制变压器直流偏磁的措施如果变压器励磁电流中出现了直流分量，这种现象被称为变压器直流偏磁，它是变压器的一种非正常工作状态，本文针对直流偏磁现象进行了初步研究，分析了其出现的机理，概括性地总结了直流偏磁对变压器及电网造成的不良影响，比较完整地提出了一些目前普遍使用的措施。
标签：直流偏磁；变压器；中性点引言直流输电的运用带来了更多变压器直流偏磁的问题，尤其是以大地返回方式运行的直流输电系统，其接地极电流会通过变压器中性点流过变压器绕组，从而使变压器发生直流偏磁现象，导致变压器出现噪声增加、铁心过热等危害，严重时甚至威胁到了电网的安全运行。
因此，如何有效抑制电力变压器中的直流偏磁现象受到国内外的普遍关注。
1直流偏磁的产生机理在高压直流输电过程中，直流偏磁的产生原因有两种：一种是交直流电网共同运行的时候，特别是当高压直流输电采用单极大地回路方式运行的时候，如图1所示，由于各个接地点之间存在一定的电位差，变压器一次侧的接地点会流入一定的直流电流。
另一种是太阳耀斑活动导致地磁暴时，变压器接地极会产生地磁感应电流，其频率在0.001Hz～0.01Hz之间，与直流电流非常相似，其幅值一般为10A～15A，甚至最高可达到200A。
2 直流偏磁对变压器的不利影响直流偏磁对变压器的影响有很多，其危害也是不可小觑的。
由于直流励磁电流的注入，铁心磁通密度增加，励磁电流产生畸变，产生大量谐波分量。
大量谐波分量的产生导致变压器损耗增加、温升增加、引发局部过热。
并且导致变压器磁滞伸缩加剧，噪声增大。
同时漏磁通增加，导致绕组电动力增加，使变压器振动加剧，这比噪声更加严重，可能会导致变压器内外相关部件松动、绕组绝缘的磨损，对变压器绝缘和抗短路冲击能力会有较大损害。
此外，谐波流入系统后会引起交流系统电压波形畸变，导致继电保护误动。
直流偏磁还会造成无功补偿装置过载或电力系统电压下降，严重时会使电网崩溃。
3 抑制直流偏磁的措施3.1 中性点注入反向直流电流。
直流偏磁抑制措施研究综述
直流偏磁抑制措施研究综述摘要：近年来，随着高压直流输电和变压系统的发展，我国直流偏磁现象越来越严重。
研究可广泛使用的有效变压器，确保变压器安全运行的直流偏置抑制措施具有重要意义。
关键词：变压器；直流偏磁；抑制措施直流偏磁是由于外部电压环境变化引起，而强加于中性点直接接地的变压器，研究直流偏磁抑制技术对电力系统的正常运转具有重要的实际意义。
分析所产生的直流偏磁的原因分析，并研究适当的措施来抑制直流偏磁，使高压输电过程中的变压器的安全性得以提高。
1直流偏磁产生原因1.1地磁暴当太阳发生耀斑等剧烈活动时，太阳产生高温等离子体高速向地球运动，导致地磁场发生剧烈变化，使大地表面产生低频（0.001～1Hz）感应电动势（ESP），处于不同电位梯度的接地变压器通过输电线和大地形成回路，回路中流过感应电流（GIC），由于感应电流频率较低，相对于工频来说接近于直流，因此可使变压器产生直流偏磁现象。
1.2高压直流输电高压直流输电（HVDC）系统由于具有造价低、损耗小、稳定性高等优点，在远距离、大功率输电中得到越来越广泛的应用。
当系统以单极大地回线方式或双极不平衡方式运行时，可能高达上千安的直流电流将通过换流站接地极流入大地，直流电流回路上的大地将产生电位梯度。
1.3直流杂散电流杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流。
直流杂散电流主要来源于轨道交通等直流电气化铁路、冶炼厂等直流电解系统和直流电焊系統等直流负荷。
直流杂散电流的流动导致回路上的大地产生电位梯度，不同电位梯度上的接地变压器中性点将流过直流电流。
2直流偏磁对变压器的危害2.1噪声增大变压器噪声是由硅钢片的磁伸缩引起的，在正和负不对称周期性变化的磁场下，硅钢片调整它们的大小，从而引起振动和噪音。
振动产生磁致伸缩也是不规则的，这就会使噪声随磁通密度增大而变大。
当变压器绕组中流经直流电流时，使得励磁电流产生畸变，产生了各次谐波，同时主磁通也成了正负半轴不对称的周期性变化磁场，噪声也就增加了。
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抑制偏磁的简单电路拓扑及其工作原理
抑制偏磁的简单电路拓扑及其工作原理
如图2所示，在PWM全桥逆变电源输出端，采用通过霍尔电压传感器(HL)隔离的差动高阻积分电路，通过此电路可直接地实时检测桥端输出电压脉冲列uAB的直流分量，图2中积分环节输出电压um波形如图3中所示，为标准的三角波（暂不考虑死区）。
其上升时间即为ugs1的脉宽（亦即S1
及S2的开通时间），并且以固定的du/dt上升。
其下降时间为ugs2的脉宽（即S3及S3的开通时间）。
控制电路补偿过程如下：以ugs1为参考脉冲方波(固定的脉宽及占空比D，且50％>D>40％)，控制S1及S2的通断；而以ugs2为可调脉冲方波去控制S3及S4。
在一个基波周期内，C1充电时间和充电速度固定，其充电量亦确定，此充电量确定了放电过程的时间，亦即ugs2的占空比。
由此可见，S3及S4的开通时间由S1及S2的开通时间决定，其结果是消除了高频变压器中的直流分量。
假设某种原因导致ugs1的D变大，则S1及S2管的导通时间变长，C1中充电量增大，其放电时间相应变长，从而使ugs2的占空比增大，S3及S4的开通时间也增大，从而达到了消除直流分量的目的。
反之亦然。
在设计中需要注意以下事项。
1）霍尔电压传感器
（1）对于电压测量，原边电流与被测电压之比一定要通过一个外部电阻Ri来确定，并串联在传感器原边电路，为使传感器达到最佳精度，应尽量精确选择Ri的大小，使输入电流为10mA为佳。