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任意激励波形下精确的磁芯损耗测量
Accurate Magnetic Core Losses Measurement Under Arbitrary Excitation Waveforms
| 作者 | Stefano Cabizza · Giorgio Spiazzi |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年7月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 变压器铁损测量 快速傅里叶变换 部分抵消概念 精确测量 实验验证 |
语言:
中文摘要
精确的铁损测量对于磁路设计以及高效、高功率密度变换器的开发至关重要。本文介绍了一种新颖的方法，该方法利用快速傅里叶变换，与已证实的用于变压器铁损测量的部分抵消概念相结合。与广泛使用的双绕组方法不同，所提出的方法能完美消除被测变压器的无功电压，无论激励波形的类型和参考空心变压器的设计如何，都能实现精确的铁损测量。通过在100至500 kHz频率范围内对N97材料分别进行正弦和矩形激励测试，对该方法进行了实验验证。
English Abstract
Precise core loss measurements are essential for magnetic design and the development of efficient and high-power density converters. This letter introduces a novel approach, leveraging the fast Fourier transform, to couple with the already demonstrated partial cancellation concept adopted for transformer core loss measurements. The proposed method perfectly eliminates the reactive voltage of the transformer under test contrary to the widely used two-winding method, yielding accurate core loss measurements regardless of the type of excitation waveform and design of the reference air core transformer. Experimental validation is performed by testing material N97 under both sinusoidal and rectangular excitations in the frequency range from 100 to 500 kHz.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于快速傅里叶变换的磁芯损耗精确测量技术具有重要的工程应用价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中，高频变压器和电感是关键的磁性元件，其损耗特性直接影响系统效率和功率密度。该技术能够在任意激励波形下实现精确的磁芯损耗测量，这对于我们产品的磁性元件优化设计至关重要。
当前光伏逆变器正朝着更高频率、更高功率密度方向发展，工作频率已普遍达到100-500 kHz范围。在此频段下，传统双绕组测量方法因无法完全消除无功电压而存在较大误差，特别是在非正弦激励下（如矩形波、PWM波形）误差更为显著。该论文提出的部分抵消概念结合FFT算法，能够完美消除被测变压器的无功电压，这意味着我们可以更准确地评估不同磁性材料在实际工作条件下的损耗特性，从而优化材料选型和磁性元件设计。
从技术成熟度看，该方法已在N97材料上完成实验验证，具备较好的工程化基础。对阳光电源而言，应用机遇在于：一是建立更精确的磁性元件设计数据库，支撑高效率逆变器和储能系统的研发；二是在新型宽禁带半导体（SiC/GaN）应用中，配合更高开关频率下的磁性元件优化。潜在挑战包括测量设备的投资成本、测试流程的标准化，以及如何将测量数据有效转化为设计指导。建议在研发中心优先部署该技术，为下一代高功率密度产品提供技术支撑。