Power Electronics

Добрый день. Собрал макет AHB вот модель- http://flyfolder.ru/5354232
В двух версиях 1- с трансформатором и дросселем 2- с IPM
В версии с IPM наблюдается очень интересный эффект. Ток намагничивания меняется в зависимости от скваженности импульса, минимум тока намагничивания наблюдается при 50 процентном заполнении, а при увеличение, или уменьшение скваженности линейно растет. Как будто меняется индуктивность трансформатора в зависимости от скваженности. Я думаю, что как писали уважаемый AML и Burner , магнитные потоки как-то складываются, поэтому применение этого изделия может быть интересным в симметричных схемах типа HB и FB.
Это же объясняет, почему не насыщается IPM в схеме HB, несмотря на маленький зазор, но почему симметрируется FB все равно не понятно.
В версии

valvol

В приведённой документации, для моделирования разветвлённых магнитных цепей используется симулятор Simplorer фирмы Ansoft. Кто-то знаком?

Разветвленная магнитная цепь трансформатора моделируется первичной и вторичными цепями трансформатора, которые в симуляторе Simplorer даются отдельными моделями (см на стр.193 http://www.fer.hr/_download/repository/Manual60.pdf). Боюсь напутать, Aml сделает это быстрее и грамотнее меня, опираясь на их идею. Тем более, что на его форуме был подобный вопрос, а ответ, ИМХО, получился не совсем ясный

С симулятором Simplorer не знаком. Возможно в MicroCap9 есть подобная модель - ткните носом, pls

Не совсем ясный и неоднозначный. И все это - вследствие того, что штатные модели Micro-Cap не могут моделировать разветвленные магнитные цепи. В нем катушка может иметь магнитную связь только с одним сердечником, сечение которого постоянно по всей длине средней линии. Соотвественно, для моделирования разветвленных магнитных цепей приходится моделировать только некоторые частные случаи и то, при определенных условиях. Отсюда и неоднозначность.

Думаю, в принципе можно сделать математическую модель разветвленной магнитной цепи непосредственно по схеме замещения, используя зависимые источники тока и напряжения.

Сейчас посмотрю. В принципе, задача интересная и достаточно распространенная.

Бегло посмотрел модель трансформатора - чего-то принципиально различного с Micro-Cap не увидел. Насколько я понял, модель организована в виде зависимых источников тока и напряжения. Ток первичной обмотки задается как сумма приведенных токов вторичных обмоток (зависимым источником тока), а напряжение вторичных обмотках - зависимым источником напряжения.

По-моему, в лобовую при помощи именно этой модели смоделировать разветвленный магнитопровод не удастся. Плюс модель использует линейный сердечник, а это не совсем чтобы интересно...
Буду смотреть дальше, может там про магнитные компоненты еще что-нибудь есть.

_________________
Из бывших

Трансформатор там строится вот по такой модели

Это фактически стандартная схема замещения трансформатора.

_________________
Из бывших

Да, желательно чтобы модель позволяла учитывать реальные параметры ферромагнитных сердечников (насыщение и гистерезис). По крайней мере для случаев рассматриваемых в этой теме и теме Контроль и устранение подмагничивания.

Вообще-то я полагаю, что достаточно было бы учета нелинейности (без гистерезиса), поскольку именно нелинейность (насыщение) качественно влияет на процессы. Гистерезис как таковой, на мой взгляд, на формы токов и напряжений влияет существенно меньше и главным образом определяет потери в магнитном материале.

_________________
Из бывших

Гистерезис определяет остаточную намагниченность материала, что очень важно для однотактных приложений.

Знаю, что важно. Однако мне неизвестны универсальные модели, которые бы корректно описывали поведение магнитного материала однополярном намагничивании. Даже частные симметричные циклы и то моделируются с большой погрешностью. Модель Джилса-Аттертона, которая используется в настоящее время в большинстве коммерческих симуляторов, описывает поведение магнитных компонентов в однотактных режимах с ошибкой в сотни процентов. Я уже как-то выкладывал сравнение петель модели и экспериментальных петель -

Предельная петля перемагничивания моделируется с достаточно высокой точностью. А вот остальные - с очень большой погрешностью. И хочу заметить, что для несимметричных циклов (которые нас собственно и интересуют) результаты еще хуже - остаточная индукция в модели может быть в разы больше, чем в реальном материале.

Я сомневаюсь, что мне удастся сделать модель более точную, чем модель Джилса-Аттертона. Поэтому и не ставлю перед собой такой цели.

_________________
Из бывших

В SwCad используется модель нелинейной индуктивности от John Chan. Ниже приводятся частные симметричные циклы характерные для этой модели. Тоже не идеально, но всё-же больше похоже на экспериментальные результаты.


В любом случае, недостатки существующих моделей не являются поводом для дальнейших ухудшений. Что касается однотактных приложений, то введение немагнитного зазора в значительно мере
нивелирует указанные недостатки.

valvol, меня заинтересовало сравнение возможностей моделей магнитного сердечника Micro-Cap и SwCad. Не могли бы Вы посчитать петли для ферритов M2500НМС1, М2000НМ и M3000НМ при перемагничивании синусоидальным полем с частотой 40 кГц и амплитудой 0.1, 0.2 и 0.3 Тл в SwCad? Экспериментально снятые петли находятся здесь - http://microcap-model.narod.ru/Magnetic/parametr.htm

А я сделаю тоже самое в Micro-Cap. А то не зная толком SwCad могу провозиться с этой простой задачей весьма долго.

Думаю, результаты сравнения будут небезынтересны и остальным форумчанам.

_________________
Из бывших

SwCad не плохо заточен для анализа именно ферритовых сердечников. Ниже приведена схема для снятия кривой перемагничивания:

Взять саму модельку можно здесь.
В данный момент моделька приготовлена для анализа феррита М2000НМ1, кольцо 0.0175х0.0082х0.005 (Sc=A=23.25e-6, Lm=0.04) без зазора (Lg=0). Параметр сердечника вводится в виде строки:
Hc=20.6 Bs=.40 Br=.120 A=0.00002325 Lm=0.04 Lg=0 N=50
На тестовый сердечник намотана обмотка N=50 витков.
Настройка модельки сводится к установки коэффициентов передачи двух источников тока, управляемых напряжением G1 и G2 (более подробно изложено в книге):
Kg1=C1/(A*N)=1e-9/(23.25e-6*50)=860n
Kg2=N/(R1*Lm)=50/(1*0.04)=1250
Для корректного отображения кривулины нужно кликнуть по оси Х графика и время time заменить на ток I(G2).
Достаточно продолжительное время моделирования (100мс) нужно чтобы кривулина стабилизировалась там где ей положено-в центре.
Результат:

Для сравнения всё в одном маштабе:

Видно, что кривулина для 0.3Тл, хоть немного и отличается от оригрнала, но совпадает с ним во всех характерных точках (Br-0,Bm-Hm,0-Hc). Кривулина для 0.2Тл совпадает абсолютно. С кривулиной для 0.1Тл дела обстоят похуже, здесь похоже SwCad считает, что материал имеет большую проницаемость, чем это есть на самом деле. Но для случая источников питания эта кривулина уже не так важна, нас больше интересуют 0.2 и 0.3Тл.

valvol, спасибо! Очень познавательно. Результаты сравнения показывают, что модель SwCad дает существенно более высокую точность петли, нежели Micro-Cap, несмотря на то, что модель Micro-Cap более сложная по своей структуре. В Micro-Cap точно моделируется только предельная петля гистерезиса или же петля, для которой производилось построение модели (красным - расчетные графики, черным - экспериментальные).



Модель сердечника для Micro-Cap - .MODEL M2000HM1 CORE (A=34.17 K=14.89 MS=306.89K)

_________________
Из бывших

Поэтому на нём и сидим!
Кстати у меня кое-что получилось в области моделирования разветвлённого магнитопровода силами SwCad. В теме Контроль и устранение подмагничивания выложил модель косого моста с "нашлёпкой" на силовой трансформатор, позволяющей контролировать насыщение его магнитопровода. Судя по экспериментальным результатам, всё выглядит достаточно убедительно.

Как и обещал, в раздел Статьи выложил черновой вариант статьи Моделирование сложных электромагнитных компонентов при помощи spice-симулятора SwCad. В статье рассмотрены основные принципы моделирования сложных электромагнитных компонентов в программе SwCad, а так же в других Spice-симуляторах. В дальнейшем предполагается расширить статью практическим примером создания модели интегрированного магнитного компонента. А так же привести рекомендации для распространённых spice-симуляторов.

Конструктивная критика приветствуется!

Вариант так и остался черновым (пока нет времени его подчистить), но дополнился практическим примером создания модели интегрированного магнитного компонента.