电力电子转换器的磁学

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电力电子转换器的磁学

Q: 我什么时候能看到讲座和作业？

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位教师：Dr. Robert Erickson

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4个模块

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165 条评论

中级等级

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2 周在 10 小时一周

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攻读学位

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您将学到什么

了解磁性元件的基本原理，包括电感器和变压器
分析和模拟磁性元件的损耗，了解设计中的权衡取舍
设计和优化开关模式电源转换器的电感器和变压器

您将获得的技能

您将学习的工具

electromagnetics

要了解的详细信息

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作业

4 项作业

授课语言：英语（English）

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该课程共有4个模块

本课程也可作为 ECEA 5703 的学分，是 CU Boulder 电气工程理学硕士学位课程的一部分。本课程涵盖电力电子转换器中使用的磁性元件（包括电感器和变压器）的分析和设计。课程首先介绍电感器和变压器背后的物理原理，包括电感器中的电感、磁芯材料饱和、气隙和储能、磁阻和磁路建模、变压器等效电路、磁化和漏感等概念。还开发了多绕组变压器模型，包括串联和并联结构的电感矩阵表示法。磁性元件损耗建模涵盖铁芯和绕组损耗，包括集肤效应和邻近效应。最后，还为开关模式功率转换器中电感器的优化设计开发了一套完整的程序。

磁性器件是每个开关转换器不可分割的一部分。通常情况下，磁性器件的设计不能与转换器的设计分开。电力电子工程师不仅必须对转换器进行建模和设计，还必须对磁性器件进行建模和设计。开关转换器的磁学建模和设计就是本课程的主题。在本模块中，将回顾基本的磁学理论，包括磁路、电感器建模和变压器建模。这为课程的其余部分提供了所需的技术工具，以便理解磁性器件的运行、建立其损耗模型以及设计用于开关转换器的磁性器件。

涵盖的内容

5个视频6篇阅读材料1个作业

5个视频总计87分钟

课程简介 3分钟
10.1.1 基本关系 27分钟
讲座 10.1.2：磁路 14分钟
第 10.2 讲：变压器建模 16分钟
10.3 磁性器件的损耗机制 26分钟

6篇阅读材料总计51分钟

课程更新和无障碍支持 1分钟
非学分制学生：欢迎和帮助 10分钟
课程大纲 10分钟
基础磁学学习问题 10分钟
磁性设计表 10分钟
家庭作业 10分钟

1个作业总计180分钟

作业 1：基础磁学 180分钟

涡流还会造成绕组导体的功率损耗。这可能导致铜损耗大大超过直流绕组电阻预测值。特定的导体涡流机制被称为 "趋肤效应 "和 "邻近效应"。这些效应在多层绕组的大电流导体中最为明显，尤其是在高频转换器中。本模块解释了这些物理机制，并提供了计算这些损耗的实用方法。

涵盖的内容

7个视频2篇阅读材料1个作业

7个视频总计89分钟

10.4.1 皮肤和近距离效应简介 24分钟
10.4.2:绕组中的漏磁通 18分钟
10.4.3:箔绕组和层 8分钟
10.4.4 层中的功率损耗 12分钟
10.4.5 示例：变压器绕组中的功率损耗 4分钟
10.4.6 交错绕组 15分钟
10.4.7 PWM 波形谐波 9分钟

2篇阅读材料总计20分钟

学习问题 10分钟
作业 2：交流绕组损耗 10分钟

1个作业总计150分钟

作业 2：交流绕组损耗 150分钟

本章的目标是设计用于开关转换器的电感器。具体来说，滤波器电感器等磁性元件的设计采用几何常数 (Kg) 方法。事先指定最大磁通密度 Bmax，并设计元件以达到给定的铜损。单绕组电感器和多绕组元件（如耦合电感器和反激式变压器）都在考虑之列。

涵盖的内容

8个视频1篇阅读材料1个作业

8个视频总计93分钟

10.5 几种类型的磁性器件、它们的 B-H 环路以及磁芯与铜损耗的对比 11分钟
11.1 滤波器电感器设计限制 19分钟
11.2 首次设计 18分钟
11.3.1 窗口区域分配 12分钟
11.3.2 耦合电感设计约束条件 6分钟
11.3.3 首过设计程序：耦合电感器 3分钟
11.4.1 示例：双输出正激转换器的耦合电感器 13分钟
11.4.2 示例：CCM 反激式变压器 11分钟

1篇阅读材料总计10分钟

作业 3：电感器设计 10分钟

1个作业总计150分钟

工作重点 3：电感器设计 150分钟

在相当多的磁性应用中，工作磁通密度受到铁芯损耗而非饱和度的限制。例如，在传统的高频变压器中，通常需要通过降低峰值交流磁通密度来限制磁芯损耗。因此，限制磁芯损耗的磁性器件的设计特点是找到能使磁芯和铜的总损耗最小的交流磁通密度。本模块考虑了用于开关转换器的变压器和交流电感器的设计，包括总损耗的最小化。设计实例包括全桥双输出转换器和隔离 Cuk 转换器的隔离变压器。