铁心电感器的优化设计及其可视算法研究.pdf

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1、学校代码：10406分类号：TP23学号：090081101009南昌航空大学硕硕硕士士士学学学位位位论论论文文文（学位研究生）铁心电感器器器的优化设计及其器的优化设计及其可视算法研究硕士研究生：翁斌导师：伍家驹教授申请学位级别：硕士学科、专业：控制理论与控制工程所在单位：信息工程学院答辩日期：2012年6月授予学位单位：南昌航空大学TheOptimizationDesignAndVisualAlgorithmOfIron-CoreInductorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnControlTheo

2、ryandControlEngineeringbyWengbinUndertheSupervisionofProf.Jiaju-WuInformationEngineeringCollegeNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2012南昌航空大学硕士学位论文摘要摘要随着科技的发展，目前磁性元器件集成化、小型化、贴片式的发展日益明显，如何对磁性元器件进行有效优化成为电力电子技术中的一大难点。本文主要从磁性材料的本质出发对铁心电感器进行可视化研究。因为在电力电子设备中磁性元件占据着绝大部分的空间，要实现电

3、源产品的小型化，关键是要减小磁性元件的体积。本文从提高磁性材料的脉冲磁导率出发，通过开一合适的气隙使磁性材料的脉冲磁导率达到最大，从而达到减小电感器体积的目的。首先介绍了基本的电磁理论基础，利用AnsoftMaxwell软件对电感模型进行电磁分析，得出铁心中的磁通分布。研究了磁性材料各磁性能参数之间的关系，推导出脉冲磁导率关于剩余磁通密度、矫顽磁力、气隙长度等的数学表达式。通过对脉冲磁导率表达式关于气隙长度求偏导，令该偏导式等于零，解出气隙长度的表达式，此气隙即为最佳气隙，在此气隙下磁性材料的脉冲磁导率达到最大。结合五维可视化算法可将脉冲磁导率与气隙长度的

4、关系展现出来，可清楚的看出脉冲磁导率随着气隙长度的增大有一个先增大后减小的过程。在最佳气隙的基础上，以减少电感器体积为目的，研究了一种铁心电感器的优化设计方法。利用四维可视化技术分别得出电感量与电感器体积的优化区域，并将这两区域进行相交，从相交区域中选出在电感量相同的情况下体积最小的优化区域，并将此区域剖解开，即可得到电感器的线圈匝数、磁路长度和铁心有效截面积等参数，以此绕制实际电感器。实验结果表明：本文设计的电感器与实际绕制的电感器在电感量方面误差为1%、体积误差是2%，该方法实现了电感量与电感器体积的优化效果。在铁心不加气隙、大于最佳气隙两种情况下，用

5、同样的方法分别设计相同参数的电感器，对比设计结果可知：铁心加最佳气隙时设计的电感器体积最小，实验验证了理论的正确性。本文的创新点是对磁性材料的平均脉冲磁导率进行了理论推导，解出了最佳气隙，并在此基础上结合可视化技术对铁心电感器进行优化设计。关键词：磁性元器件，铁心电感器，脉冲磁导率，可视化I南昌航空大学硕士学位论文AbstractAbstractWiththeprogressofscienceandtechnology，nowadaysthedevelopmentofintegration,miniaturization,andSMDfortheMagne

6、ticcomponentshasbecomemoreandmoreobvious.Howtooptimizemagneticcomponentseffectivelyisamajordifficultytothepowerelectronicstechnology.Thisarticleresearchestheiron-coreinductorwithvisualizationfromthenatureofmagneticmaterial.Becausemagneticcomponentsinpowerelectronicdevicesoccupymos

7、tofthespace.Toachievetheminiaturizationofpowersupplyproducts,thekeyisthatweshouldreducethevolumeofmagneticcomponents.Inthispaper,toimprovethepulsepermeabilityofmagneticmaterialswithopenningasuitableairgapsothatthepulsemagneticpermeabilityofthemagneticmaterialreachesthemaximum,soas

8、toachievereducingthevolumeoftheir