Microsoft Word - avtoreferat_all_23.doc

Препис

1 Т Е Х Н И Ч Е С К И У Н И В Е Р С И Т Е Т В А Р Н А инж. Георги Тодоров Николов Заглавие: ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЗАГУБИТЕ В НАНОКРИСТАЛНИ И ФЕРИТНИ МАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ ЗА СИЛОВАТА ЕЛЕКТРОНИКА А В Т О Р Е Ф Е Р А Т на дисертация за получаване на образователна и научна степен Доктор, по научна специалност, шифър Индустриална Електроника Научен ръководител: доц. д-р инж. Венцислав Цеков Вълчев Рецензенти: 1. доц. д-р Сава Василев Савов 2. доц. д-р Николай Любославов Хинов Варна, 2011 г. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

2 Дисертационният труд е обсъден на г. в катедра Електронна техника и микроелектроника и насочен за защита. Докторантът работи в катедра Електронна техника и микроелектроника Автор: инж. Георги Тодоров Николов Заглавие: ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЗАГУБИТЕ В НАНОКРИСТАЛНИ И ФЕРИТНИ МАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ ЗА СИЛОВАТА ЕЛЕКТРОНИКА avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

3 Т Е Х Н И Ч Е С К И У Н И В Е Р С И Т Е Т В А Р Н А инж. Георги Тодоров Николов Заглавие: ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЗАГУБИТЕ В НАНОКРИСТАЛНИ И ФЕРИТНИ МАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ ЗА СИЛОВАТА ЕЛЕКТРОНИКА А В Т О Р Е Ф Е Р А Т на дисертация за получаване на образователна и научна степен ДОКТОР Варна, 2011 г. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

4 Дисертационният труд съдържа 120 страници, включително 80 фигури, 54 таблици, оформени в 4 глави, общи изводи и списък на използваната литература от 149 заглавия, от които 18 на кирилица и 131 на латиница. Има 6 приложения с обем 37 страници. Защитата на дисертационния труд ще се състои на г. от 11:15 ч. в... на открито заседание на жури сформирано със заповед на Ректора 306/ г. Материалите по защитата (дисертацията, рецензиите и становищата) са на разположение на интересуващите се във ФД Докторанти, стая 318 НУК. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

5 ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЗАГУБИТЕ В НАНОКРИСТАЛНИ И ФЕРИТНИ МАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ ЗА СИЛОВАТА ЕЛЕКТРОНИКА ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД АКТУАЛНОСТ НА ПРОБЛЕМА Бурното развитие и усъвършенстване на полупроводниковите силови ключове постави адекватни изисквания и към втория основен компонент на силовите електрони преобразуватели магнитните компоненти. Със своите качества и предимства нанокристалните магнитни материали отговориха на това търсене за нови магнитни материали в силовата електроника. Предложени през 1988г. нанокристалните материали съчетават ниските загуби и висока магнитна проницаемост ( ) с висока индукция на насищане до 1,3Т. Материалът се характеризира с ултрафинна структура, домени с размер 10-15nm и се произвежда като тънка лента - 20μm основно в тороидални форми. В силовата електроника най-честите напрежения са правоъгълни и успешното прилагане на нанокристалните материали изисква данни и за тези условия, а такива не са представени от производителя (има само за синусоидално напрежение). Изследването, моделирането, тестването и приложенията на нанокристалните материали в силовата електроника са целите на настоящия дисертационен труд. ЦЕЛ НА ДИСЕРТАЦИЯТА Да се създадат подходящи модели на загубите в магнитните материали за силовата електроника при различни форми на напрежението (включително и правоъгълно напрежение) и усъвършенствуват съществуващите методики за проектиране на магнитни компоненти за силовата електроника, като по този начин се осигури по-точно проектиране. ОСНОВНИ ЗАДАЧИ НА ДИСЕРТАЦИЯТА 1. Анализиране на използуваните в силовата електроника нанокристални и феритни материали и съществуващите модели на загубите. Формулиране на изискванията към моделите на загубите при отчитане на специфичните за силовата електроника условия. 2. Синтезиране на аналитични модели на загубите в нанокристални и феритни магнитни материали за типичните за силовата електроника правоъгълни напрежения с променлив коефициент на запълване при отчитане спецификите и разликите в двата материала. 3. Проектиране, реализация и калибриране на подходяща експериментална измервателна система за измерване на загубите в магнитните материали при типичните за силовата електроника напрежения (форми и стойности), температури и начини за охлаждане. 4. Провеждане на измервания на нанокристални и феритни материали при различни напрежения (форми и стойности), температури и начини за охлаждане, с цел натрупване на експериментална база данни. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

6 5. Верификация на създадените модели чрез сравнение със експерименталната база данни. 6. Разработване на усъвършенствувани методики за проектиране на магнитни компоненти в силовата електроника. 7. Практическа проверка на предложените методики чрез приложението им при проектиране, реализация и измервания на загубите на трансформатори за високочестотен заваръчен токоизточник. МЕТОДОЛОГИЧНА ОСНОВА Използвани са аналитични методи за анализ на електромагнитните процеси, компютърно моделиране и симулиране, математичен софтуер. ПРИНОСИ 1. Създаден е аналитичен модел на загубите във феритни материали при правоъгълни напрежения с произволен коефициент на запълване. Моделът се базира на известното уравнение на Стейнмец и на един допълнителен параметър - коефициента на запълване D на правоъгълния сигнал. Допълнително е предложен алгоритъм за изчисляване на коефициентите k, α и β за всеки материал, използвани в уравнението на Стейнмец, ако те не са дадени от производителя на материала. 2. Създаден е аналитичен модел на загубите в нанокристални материали. Моделът се базира на комплексната функция на магнитната проницаемост, в която има четири параметъра. Моделът позволява представянето на загубите, магнитната проницаемост, реактивната мощност, като функции на честотата и формата на сигнала. 3. Разработеният модел за нанокристални материали е разширен и допълнен за правоъгълно напрежение, като е добавен параметъра D коефициент на запълване. 4. Създадена и калибрирана е експериментална система, с помощта на която могат да се провеждат измервания на загубите в магнитно меки материали (МММ) при типични за силовата електроника условия. 5. Проведени са серии от измервания за различни материали при условия типични за силовата електроника с цел натрупване на база с данни за реалните загуби в магнитопровода. Показани са зависимостите на магнитните загуби на изследваните материали от температурата и формата на напрежението. 6. С получените данни от измерванията, предложените модели са верифицирани при различен коефициент на запълване, различно напрежение и различни температурни режими. Установено е съвпадение с експериментите по-добро от 98% за модела на загубите в нанокристалните материали и 99% за феритните материали. Моделът на загубите във феритни материали е сравнен с класическото уравнение на Стейнмец и известен специализиран модел на загубите при правоъгълни напрежения, като е установено по-доброто моделиране на загубите с предложения в дисертацията модел. 7. Създадени са МАТЛАБ програми даващи възможност да се подобри значително точността при измерване на загубите с цифрови осцилоскопи, както и значително да се улесни отчитането и обработването на данните от измерването. Предложен е вариант за измерване на загубите чрез цифрови осцилоскопи, които нямат възможност за умножение на каналите. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

7 8. Предложено е усъвършенстване на методика за проектиране на феритни и нанокристални трансформатори, с помощта на което методиката е приложима и валидна при естествено и принудително охлаждане. Методиката е верифицирана чрез проектиране на няколко варианта на силов трансформатор за ръчен електродъгов заваръчен източник, на базата на феритни и нанокристални материали и различни конфигурации на намотките. ВНЕДРЯВАНИЯ И ПРАКТИЧЕСКА ПРИЛОЖИМОСТ Актуалността на разработката за България е потвърдена от проявен интерес от фирма Струна Варна за внедряване на предложените материали в производството на високочестотни заваръчни източници. Анализите и изследванията от дисертационният труд са извършени в ТУ-Варна. Синтезираните модели са изследвани и проверени практически съвместно с лабораторията за електрическа енергия (Electrical Energy Laboratory - EELAB) към катедра Електрическа енергия, системи и автоматизация на Университета в град Гент, Белгия ПУБЛИКАЦИИ Основните теоретични и приложни резултати от дисертационният труд са представени общо в 10 публикации от които: 1 публикация в Procedia Earth and Planetary Science, Elsevier забелязано е едно цитиране 1 публикация в списание Електротехника и Електроника Е+Е ; 1 статия в 12th European Conference on Power Electronics and Applications, 2-5 September 2007, Aalborg, Denmark 1 статия в KSI Transactions on KNOWLEDGE SOCIETY, Sofia, June 2009 ОБЕМ И СТРУКТУРА НА ДИСЕРТАЦИЯТА Дисертационният труд съдържа 120 страници, включително 80 фигури, 54 таблици, оформени в 4 глави, общи изводи и списък на използваната литература от 149 заглавия, от които 18 на кирилица и 131 на латиница. Има 6 приложения с обем 37 страници. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

8 КРАТКО СЪДЪРЖАНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯТ ТРУД 1. ГЛАВА 1. ОБЗОР НА ПРОБЛЕМА В глава 1 са разгледани различните видове магнитно меки материали (МММ) използвани в силовата електроника, като са дадени предимствата и недостатъците им. Особено внимание е обърнато на феритните и нанокристалните МММ. Представени са техни примерни приложения. За решаване на поставените в дисертацията задачи са разгледани функционалните характеристики и параметрите на съществуващите до момента математични модели на загубите във феритните и нанокристалните МММ. Направена е оценка на моделите и са изведени някои условия, на които трябва да отговаря даден модел. Направен е обзор на използваните схеми и методи за измерване на загуби в силовата електроника. По-специално внимание е обърнато на схемите и способите за измерване на загуби на магнитните компоненти (МК). Дадени са различни особености при използването им, както и техните предимства и недостатъци. Разгледани са също така и част от възможните способи и средства за измерване на температурата на магнитни компоненти. Проучени са съществуващите методики за проектиране на магнитни компоненти (МК). Избрана е методика, която лесно да бъде адаптирана, така че да има възможност да се използва за проектиране на МК с феритни и нанокристални материали в условията на принудително охлаждане. Разгледани са и трите метода за осъществяване на топлообмен конвекция, лъчение и кондукция, с чиято помощ методиката е пригодена и за трансформатори с принудително охлаждане. Обобщения и изводи Направеният литературен обзор и сравнителните анализи заедно с констатираните нерешени проблеми водят до следните изводи: 1. Анализът на съществуващите модели за загубите в МММ показва липсата такъв за форми на напреженията и токовете типични за силовата електроника, който да може да предвижда загубите с минимален брой параметри и да дава висока точност. 2. Съществуващите способи за измерването на загубите в магнитните компоненти изискват или много време (калориметрични измервания) или са много скъпи (специализирани измервателни уреди). Важна стъпка към решаването на останалите проблеми залегнали в дисертацията е проектирането, създаването и верифицирането на подходяща експериментална система, чрез която да може да се проведат нужните измервания. 3. Съществуващите методики за проектирането на МК не позволяват тяхното проектиране чрез използването на съвременните МММ феритни и нанокристални, при обичайните работни условия за силовата електроника принудително охлаждане и несинусоидално ток и напрежение. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

9 2. ГЛАВА 2. МОДЕЛИРАНЕ НА ПАРАМЕТРИ И ЗАГУБИ НА МММ Математическото моделиране на определени параметри на магнитно меките материали дава възможност да се предвидят техните свойства при различен набор от специфични условия. Това от своя страна води до възможността бързо и точно да се проектират магнитни компоненти. Чрез моделирането е възможно да се разгледат и проиграят много варианти на даден магнитен компонент, без да е нужно самият той да бъде практически реализиран. Това спестява много средства и ценно време Моделиране на феритни материали Най-известният метод за предвиждане на загубите ма МММ е уравнението на Стейнмец (Steinmetz). Pfe k f Bpp (2.1) където B pp е стойността на магнитната индукция от пик до пик; P fe загубите в МММ; f честотата на синусоидалното напрежение; k, α, β специфични параметри за всеки МММ. Уравнението на Стейнмец е приложимо само за синусоидални сигнали. Коефициентите k, α, β се определят по начина даден в точка на дисертацията, а резултатите са поместени в следващата таблица: Таблица 2.1. Получените параметри за изследваните феритни материали Материал k N k Температура 3F3 1, ,018 1,90 2, C 3F3 0,056 0,541 1,51 2,41 25 C N67 1, , ,87 2, C N67 1, , ,51 2,29 25 C Естествено разширяване на уравнението на Стейнмец (ЕРУС) за феритни материали при несинусоидално напрежение Естествен подход да се включи и честотна зависимост е да се добави зависимост на загубите от db/dt. В резултат авторът предлага математичен модел наречен Естествено разширяване на уравнението на Стейнмец ( Natural Steinmetz Extension ). B k N db PNSE dt T (2.2) 2 dt 0 Уравнение (2.2) е в съгласие с (2.1) при синусоидално напрежение, ако k N се дефинира по следният начин: (2.3) (2.4) (2.5) (2.6) ( k k N 2 1 (2.7) 2 cos d T При правоъгълно напрежение с коефициент на запълване D, уравнението (2.2) може да се опрости до следното (приложимо при полумостова схема на свързване): 1 (2 ) ( 1 1 PNSE kn f Bm D D ) (2.8) а при мостова схема на свързване: 1 P k (2 f) B (2 D ) (2.9) NSE N m 0 avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

10 където f е работната честота; B m - амплитудната стойност на магнитната индукция; D - коефициент на запълване на правоъгълният сигнал Сравнение на ЕРУС с друг модел С цел проверката на предложения модел е направена съпоставка на данните за изчислените магнитни загуби с резултатите от Модифицираното уравнение на Стейнмец ( Modified Steinmetz Equation, MSE). При този модел загубите се изчисляват чрез следното уравнение: 1 P k. f. B. f (2.10) MSE eq m където f eq е еквивалентна честота ; f - работната честота; α, β - параметри на материала определени от синусоидални измервания. Еквивалентната честота в MSE, се дефинира чрез: T 2 2 db feq dt 2 B dt pp 0 (2.11) 2 2 където B pp е стойността на магнитната индукция от пик до пик; T = 1 / f - период на работната честота Графично представяне на резултатите от предложения модел Предсказаните загуби от NSE и MSE са показани на следващата графика. За сравнение са дадени още и резултатите от проведените експерименти и уравнението на Стейнмец за синусоидално напрежение. Графиките са за мостова схема на свързване, за материал 3F3, при 100 С, 0,1Т, 100kHz. Коефициентът на запълване се изменя в обхвата от 5% до 50% със стъпка 5% Фиг Специфични обемни загуби за материал 3F3 при 100 khz, 25C, 100mT във функция от коефициента на запълване D, при мостова схема на свързване; ЕРУС е с плътна линия; уравнението на Стейнмец е с тире-точка, Модифицираното уравнение на Стейнмец с пунктирана линия. От графиката се вижда, че и двата модела дават сходни данни, и съвпадението между ЕРУС и МУС е добро. От числените данни е изчислена максимална разлика avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

11 между двата модела 14,3%, а средната разлика за четирите показани криви е 0,77%. От графиката също така се вижда, че класическото уравнение на Стейнмец дава резултати с разлика в стойността ±10%, когато коефициента на запълване е в границите от 40-50% Моделиране на ламелни магнитни материали Описаният в предишната точка модел не дава задоволителни резултати при използването му за определяне на загубите за нанокристален магнитопровод. Това се дължи на различната физикохимична структура и поведение на двата материала. В следствие на това се налага разработването на втори модел, отчитащ разликите между материалите. В теорията, магнитната проницаемост и загубите се описват поотделно. Съществува обаче връзка между честотната характеристика на активната и реактивна мощност, и фазовата и честотната характеристика на магнитната проницаемост. Комплексната магнитна проницаемост се свързва с хистерезисните загуби и има фазов ъгъл, близък до константа, и амплитуда, намаляваща с увеличаването на честотата. По-надолу са използвани теорията за импедансите и теорията за едномерните хомогенни предавателни линии, за да се намери обща функция, в която загубите на енергия (от хистерезис и вихрови токове) и реактивната мощност са комбинирани и използвани да се изведе комплексна аналитична функция за загубите в магнитния материал Импедансна функция с константен ъгъл на загубите Първо се разглежда импедансна функция с константен ъгъл на загубите, за да се опишат хистерезисните загуби. Ефектите от хистерезис могат да се характеризират с постоянен ъгъл на загубите δ h от комплексния импеданс на материала в широк честотен обхват. Математическата функция, която отговаря на изискванията за импедансна функция е: 12 / zh() s s µ h() s µ hr s h (2.12) където δ h е ъгъла на загубите (в радиани); s - операторът на Лаплас (s = j); hr - хистерезисна референтна магнитна проницаемост. Теорията за предавателните линии дава уравнение, което взима под внимание едномерния подход за магнитния материал, като магнитният поток прониква в материала от вън на вътре. Използвайки същата теория, може да се получи следното уравнение за идеализирана (без загуби) магнитна проницаемост µ c : 2 s d zc() s s c() s tanh s (2.13) d 2 където е електрическата проводимост; d - дебелината на една ламела. След включването на функция (2.12) в модела на предавателната линия (2.13) се получава комплексната магнитна проницаемост c : 12 h / 2 µ hr s 12 h / d zc() s s c() s tanh µ hr s (2.14) d 2 Тази функция включва, както нискочестотните, така и високочестотните свойства, като в същото време не противоречи на теорията на пасивните импеданси. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

12 Широко честотна функция за комплексна магнитна проницаемост При много ниски честоти материалите могат да проявят ограничение на магнитната проницаемост. Това ограничение може да бъде без отражение върху загубите, ако се представи като паразитна въздушна междина - g. Тази паралелна магнитна проницаемост може да се дефинира при референтната магнитна проницаемост µ gr и ъгъл на загубите g : 1 2 g / z () s s () s s (2.15) g g gr Широко честотна функция за комплексна магнитна проницаемост μ w се дава тогава чрез уравнение (2.16). µ () s w µ () s µ () s c g (2.16) Предложената функция има следните характеристики: o Обяснява поведението на материала при ниски и високи честоти, и комбинира ъгълът на загубите и амплитудата на магнитната проницаемост само в едно уравнение. o Дава отговор как може да съществува ъгъл на загубите по-голям от /4 (45) при високи честоти, което се наблюдава при повечето аморфни и нанокристални материали. o Взима в предвид остатъчните загуби o Има само четири параметъра (при зададени съпротивление и дебелина на материала): hr, δ h, gr и δ g. Моделът има и следните недостатъци: o Използва други параметри от тези използвани в уравнението на Стейнмец o Моделът е валиден при дадено ниво на магнитната индукция и когато магнитната индукция не се променя много през дебелината на ламелата. o Съпротивлението на материала може да се променя в зависимост от дълбочината на проникване на токовата плътност Активна, реактивна и пълна мощност Широкочестотният модел дава възможност да се предвидят различни параметри на материала, като поведението му при високи честоти и активната и реактивна мощност. Чрез функцията за магнитната проницаемост (2.16) можем да изчислим комплексната мощност за единица обем при синусоидално напрежение: (2.17) (2.18) S( j) EH j µ ( j) H (2.19) където: H - ефективната стойност на магнитния интензитет rms Използвайки уравнение (2.19), може да се изчисли пълната мощност S( j ), активната мощност Re( S( j)) и реактивната мощност Im( S( j)) Практическа реализация на предложения модел Практическа дискретна реализация на предложения модел за загубите е представен на Фиг Моделът е базиран на уравнения (2.14) и (2.16), и е реализиран като каскадно свързани звена с последователни и паралелни импеданси за единица дължина z s и z p съответно. Показани са две предавателни линии, започващи от горния и w 2 rms avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

13 долния край на нанокристалната лента и завършващи в средата и. Изразите за комплексните импеданси z s и z p са резултат от уравненията за предавателната линия: където σ е проводимостта на МММ; ε - диелектричната проницаемост. zp 1/ j 1/ (2.20) Фиг Дискретно представяне на широкочестотният модел на загубите в нанокристален материал. Всички n дискретни секции имат дължина d/(2n) Влиянието на диелектричната проницаемост се пренебрегва и z p се преобразува в съпротивление. Изразът за z s =jωμ се комбинира с импедансната функция, за да може, да опише хистерезисните и остатъчните загуби. Тези загуби се представени с константен ъгъл на загубите δ h (в радиани): z h j j j j 1 2 /π s h hr (2.21) където ω е кръговата честота; μ hr - референта магнитна проницаемост. В резултат, z s е собствена индуктивност с ъгъл на загуби, показана на Фиг с двойна черта над символа. За да се използва моделът при напрежения с несинусоидална форма, приложеното към МК напрежение се разлага в ред на Фурие. За всеки хармоник загубите се изчисляват и сумират. Сумирането по този начин е позволено само за линейни материали. От каталожната информация на производителя за нанокристалните материали се вижда, че при стойности на магнитната индукция, достатъчно по-малка от индукцията на насищане, материалът се държи линейно UMK ( D, n) π f n PD ( ) AL e e Re n1 2π fnan e zc(j ) (2.22) Уравнение (2.19) се използва за получаване на загубите в МММ. където А е е ефективното сечение на магнитният материал; L e средната дължина на магнитната линия; U МК напрежението върху тествания образец; D коефициент на запълване; N брой навивки; n номер на хармоника; f работна честота avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

14 z c импедансна функция за комплексната магнитна проницаемост. За правоъгълно напрежение при полумостова схема може да се използва следния израз за напрежението: UMK ( D, n) U( D) sind n π n (2.23) и за мостова схема: 2 UMK ( D, n) U( D) 2sin ncos0,5 D n π n 2 (2.24) Параметрите нужни за модела за двата тествани материала са дадени в Таблица 2.5. Таблица 2.5. Данни за параметрите на изследваните нанокристални образци Параметър Референта магнитна проницаемост Ъгъл на загубите Електрическа проводимост Дебелина на лентата Материал μ hr δ h σ d - rad MS/m μm Vitroperm 500F ,10 5,73 0,870 18,5 Finemet FТ-3М ,04 2,29 0,833 20,0 С използването на тези параметри полученият резултат за поведението на магнитната проницаемост и пълната мощност при синусоидално напрежение е показан на Фиг Може да се види, че съответствието между модела и реалните данни е добро за целия изследван честотен обхват Фиг Измерени и изчислени данни за материал Vitroperm 500F и Finemet FT-3M при синусоидално напрежение. P meas са експериментални данни, Re(S) специфични загуби в магнитопровода за единица обем (реалната част на пълната мощност) във [W/kg], S пълната мощност за единица обем във [VA/kg], μ комплексната, Re(μ) реалната и Im(μ) имагинерната стойност на магнитна проницаемост. В ляво - Vitroperm 500F, в дясно FT-3М Резултат от предложеният модел, при използването на правоъгълно напрежение с променлив коефициент на запълване, е показан на фигурата по-долу. Останалите резултати могат да се видят в диертацията. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

15 Фиг Специфични загуби в материал Vitroperm 500F получени при използване на предложения модел, 25 С, 100kHz, 100mT, мостова схема Вижда се че формата на графиката е подобна на феритните материали (Фиг. 2.3), но тук загубите са няколко пъти по-ниски. В дисертацията е показано как освен загубите в МММ, чрез предложеният модел могат да се определят и други параметри, като ток, напрежение, магнитна индукция и др стр.48таблица 3.3. ОБОБЩЕНИЯ И ИЗВОДИ 1. Предложени са модели на загубите на два от най-широко използваните видове материали в силовата електроника феритни и нанокристални магнитно меки материали. Моделите позволяват определянето на загубите в МММ при различни форми на напрежението и тока, с минимален брой нужни параметри - [2], [3], [4]. 2. Освен предвиждане на загубите, моделът на нанокристалните МММ позволява предвиждане и на стойността на магнитната проницаемост, формата и големината на тока, напрежението и магнитната индукция. 3. Показано е сравнение между 3 модела на магнитните загуби за феритните материали. Вижда, че съвпадението между ЕРУС и МУС е добро, като средната грешка за цялата крива е под 1%. 4. Изведени са изрази за представяне на загубите в материала P fe и магнитната проницаемост µ при правоъгълно напрежение като функция на работната честота f и коефициента на запълване D за мостова и полумостова схема. Направена е оценка за точността и необходимото изчислително време при различен брой отчетени хармоници (50, 100,150, 200, 300). 5. Чрез използването на двата модела са получени и представени графични зависимости на специфичните загуби в четири широко разпространени МММ, като функция на коефициента на запълване D за типични за силовата електроника честота 100kHz и температура 25 С и 100 С. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

16 3. ГЛАВА 3. ПОЛУЧАВАНЕ И ОБРАБОТКА НА ЕКСПЕРИМЕТАЛНИ ДАННИ ЗА ЗАГУБИТЕ В МММ Сравняването на предложеният модел ( Естествено разширяване на уравнението на Стейнмец ) на магнитните загуби във феритни материали с известен модел ( Модифицирано уравнение на Стейнмец ) показва съвпадение на резултатите подобро от 98%. Сравняването на предложените модели с реални данни е друг способ за потвърждаването на тяхната работоспособност. Обемът на измерванията [(4 материала x 11 коефициента на запълване x 2 температури x 2 схеми на свързване x поне 3 осредняващи измервания) + (4 материала x 5 честоти x 2 температури поне x 3 осредняващи измервания) + (калориметрични измервания)+ други синусоидални измервания > 600 измервания], постигането на точни резултати с грешка по малка от 5% и изпълнението на задачите в сроковете на дисертацията налага проектирането, реализирането и окомплектоването на тестова система, чрез която да се изпълнят поставените задачи. Системата е изградена от няколко блока и дава възможност да се изследват МММ, както и за проверяване и потвърждаване на получените резултати от математичните модели. Основните блокове, които подробно са разгледани в дисертацията са: o Платформа осигуряваща необходимите форма и стойност на напрежението и тока; o Цифров запомнящ осцилоскоп със специализирани сонди осигурява измерването на напрежение, ток и магнитен поток; o Захранващ блок осигурява необходимото напрежение и ток за захранване на платформата o Калориметър потвърждава резултатите от цифровият осцилоскоп o Нагревател загрява МММ до необходимата температура; o Живачен и Безконтактен инфрачервен термометър измерват и следят температурата на МММ; Съвременните силови електронни устройства работят (СЕУ) в обхвата от няколко khz до стотици khz. За честота при която да се проведат измерванията е избрана 100kHz. Това е честота за която може да се намери подробна фирмена информация за различни параметри на магнитните материали. Също така тази честота се намира по средата на работният обхват на СЕУ. При използуване на реализираният измервателен комплекс е възможно измерването на температура, напрежение, ток, честота, загуби и магнитен поток в МММ. За коректното определяне на специфичните загуби в МММ е изключително важно точното познаване на работната температура, поради което се налага провеждането на различни температурни измервания Опитни образци на магнитни материали За да се проверят разработените модели на магнитните загуби в разглежданите материали са проведени измервания на четири различни опитни образци два феритни материалa (3F3 и N67) и два нанокристални материалa (материал FT-3M и Vitroperm 500F). Избрани са различни по форма, големина и производител магнитопроводи. За всички опитни образци са проведени поне по три измервания, като накрая данните са avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

17 усреднени. При всички образци основната намотка е изпълнена чрез проводник литцендрат, а измервателната намотка е от двойно изолиран проводник. Част от данните за опитните образци са дадени в Таблица 3.11, а снимки на Образец 1 и Образец 4 са показани на Фиг Повече информация относно образците и проведените измервания може да бъде намерена в дисертацията. Фиг. 3.1 Феритен опитен образец 1 в ляво, и нанокристален опитен образец 4 в дясно. Таблица Данни за опитните образци Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Материал 3F3 N67 FT-3M Vitroperm 500F Магнитопровод ETD44 E42/21/15 F3CC0010 W Производител Ferroxcube Epcos Hitachi Vacuumschmelze Metals Брой навивки (основна и измервателна намотки) Проводници в паралел Омично съпротивление на основната намотка, mω 15,3 17,6 14,2 6,9 Индуктивност, µh 82,0 90,1 126, Ефективно сечение на магнитопровода, mm Тегло на магнитопровода, гр Обем на магнитопровода, mm Измервания на загубите при различни температури Феритните материали се характеризират със силна зависимост на параметрите си от температурата. С увеличаването и се променят индукцията на насищане, магнитната проницаемост, магнитните загуби. От каталожната информация на производителя за широкоразпространения материал 3F3 в температурният обхват от -25 С до +200 С началната магнитна проницаемост се изменя от 1600 до Индукцията на насищане при +25 С е 0,42Т, докато при +100 е 0,34Т. Специфичните обемни загуби имат минимум при температура около +100 С като при температура 0 С същите загуби са повече от два път по-високи. Нанокристалните материали притежават подобна на феритните материали зависимост от температурата. При тях минимумът на загубите е изместен и се достига avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

18 при около В сравнение с феритните МММ, нанокристалните материали имат по-добра температурна стабилност. При материал 3F3, загубите при 20 С са с около 120% по-високи от колкото минималните при 100 С. За FT-3M този процент е едва 45%, което е почти три пъти по-добро. Vitroperm 500F се характеризира с отлична температурна стабилност - разликата е под 10%! Данните от проведените температурни измервания при 100kHz, 0,1T, 50% коефициент на запълване са представени по-долу на Фиг. 3.15, а табличните резултати могат да бъдат намерени в Таблица 3.2 в дисертацията (стр. 67). За по-точното моделиране на загубите, четирите материала са изследвани при две температури: 25C и 100C Фиг Зависимост на загубите на измерваните материали от температурата По тези причини, точното познаване на температурата е от съществена важност за коректното отчитане на загубите и правилно им моделиране Измерване на загубите в магнитопровода на магнитните компоненти Главните компоненти на загубите в магнитните компоненти са: загуби в намотките и загуби в магнитопровода, които допълнително се разделят на загуби от хистерезис, от вихрови токове и остатъчни загуби. За провеждането на заложените измервания са използвани дву и четирипроводен метод. Магнитният компонент се свързва в няколко различни конфигурации метод на ватметъра, схеми A-V и V-A, описани подробно в дисертацията. Проведените измервания с осцилоскопа Yokogawa DL1540 показват добро съвпадение между данните от осцилоскопа и калориметъра представени в Таблица 3.7. на стр. 74 в дисертацията. При измерванията с осцилоскопа на Tektronix TPS2014 при различни условия се наблюдават доста големи различия (над 10%) и несъвпадения спрямо калориметричните измервания. Това наложи по-детайлно изследване на спецификата на двата осцилоскопа. Причината за разликата при TPS2014 се оказа начина на умножение на данните, като по-подробно разяснение е представено в дисертацията. В резултат на тази разлика всички проведени измервания с TPS2014 са допълнително обработени с МАТЛАБ (MATLAB). Създадени са два скрипт файла get_power.m и get_power_all.m, обработващи съответно едно измерване или серия от измервания. За да се използват тези файлове е нужно осцилоскопът да се настрои да avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

19 записва данните от измерването във външната карта памет (за TPS2014) или дискета (за DL1540). Чрез допълнителната обработка на данните с предложените скрипт файлове се повишава точността повече от два пъти (от 6,9% до 2,0%, при FT-3M при 100mT, 100kHz, 25 C и 50% коефициент на запълване - Таблица 3.6, стр. 75) Описание на проведени измервания с феритни и нанокристални МММ За да се получат загубите в магнитния материал, независимо дали са измерени по метода с ватметъра или V-A схемата, първо са измерени общите загуби P tot, които включват загубите в магнитния материал P fe и P cu включващи загубите в намотките и в свързващите проводници. За целта се измерва стойността на тока в основната намотка на компонента, а стойността на напрежението и магнитния поток се измерват от галванично изолираната измервателна намотка. След измерването на общите загуби се прави опит без магнитен материал. За целта се ползва навит дросел, който има същата индуктивност както изследвания компонент, и който се свързва последователно на основната намотка. По този начин формата на тока и стойността му са идентични на тези при опита с поставен магнитопровод. Загубите в магнитния материал се получават по формула (3.2). Pfe Ptot Pcu (3.2) В резултат на оптимизирането на намотките използването на многожилен проводник тип Литцендрат, паралелно свързване на няколко намотки, и използването на свързващи проводници с минимална дължина, загубите P cu са многократно по-ниски от общите загуби и могат да се пренебрегнат. Въпреки това, за всички тествани материали са проведени няколко такива измервания за потвърждение Измервания при правоъгълно напрежение На следващите фигури са показани опитните постановки при полу мостово и мостово свързване на магнитният компонент. Напреженовата сонда и сондата за магнитният поток се включват към допълнителната намотка. Фиг Опитна постановка при мостово и полумостово включване Синусоидални измервания За да може да се приложи модела, описан в глава II са нужни коефициентите и. Ако тези коефициенти не са дадени в спецификацията на материала, те могат да бъдат определени чрез провеждането на синусоидални измервания и способа даден в точка на дисертацията. Данните за двата тествани феритни магнитни материали са поместени в точка на стр. 74 от дисертацията. При провеждането на тези измервания са използвани две различни опитни постановки. В първия случай чрез използване на силовата платформа и допълнително avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

20 включен кондензатор и резистор се осигурява резонансен режим за желаната честота. Съществен недостатък на този метод е трудността при изграждането на изчисленият резонансен кондензатор. Фиг Опитна постановка за провеждане на синусоидални измервания чрез синусоидален генератор и резонанс с кондензатор Заради големият брой нужни измервания е предпочетено изработването на резонансен генератор с плавно регулиране на честотата от 20kHz до 2MHz. От данните за стойността на тока и напрежението (стр. 78 в дисертацията) е изчислена грешка от 0,5% при употребата на синусоидалния генератор и 5,9% при резонанс с кондензатор. Значително по-кратко време за провеждане на едно измерване чрез резонансният генератор и по-добрата форма на синусоидата дават основание да се избере именно този начин за извършване на синусоидалните измервания Анализ на получени резултати Ограниченият обем на този документ налага поместването на само част от резултатите показващи разликата в загубите в зависимост от коефициента на запълване. Всички останали данни могат да се намерят в дисертацията Приложение D. На Фиг са показани две от осцилограмите при изследването на образец 1 в мостова схема на свързване, 25 С и два различни коефициента на запълване. Честота и магнитната индукция и в двата случая са подържани равни съответно на 100kHz и 0,1Т. От числените стойности дадени под осцилограмите се вижда повече от 3 пъти увеличение на загубите в случаят с коефициент на запълване 5%. В Таблица D.1 са дадени стойностите на тока, напрежението, загубите в компонента, загубите в намотките и свързващите проводници, и специфичните обемни и тегловни загуби. Данните са за образец 1, при мостова схема на свързване при 25 С. Въз основа на аналогични таблици с данни за останалите изследвани образци е построена Фиг На показаната графика на Фиг е направено сравнение между предложеният модел ( Естествено разширяване на уравнението на Стейнмец ) на магнитните загуби във феритни материали с два известни в литературата модела - Модифицирано уравнение на Стейнмец и класическото уравнение на Стейнмец. Резултатите в табличен вид с дадени в Таблица 3.12 в дисертацията (стр. 80) Вижда, че съвпадението между ЕРУС и МУС е добро, като от числените данни е изчислена максимална разлика между двата модела 4,4%, а средната разлика за цялата крива е 2,3%. Съвпадението на ЕРУС с експерименталните данни е по-добро в сравнение с МУС. Тук максималната разлика (при коефициент на запълване 5%) е 9,7%, а средната за цялата крива 0,06%, докато при МУС данните са съответно 9,2% и 0,37%. Въпреки провеждането на няколко измервания и осредняването на резултата, голямата разлика при най-малкият използван коефициент на запълване се запази. Причината за това може да се дължи на комбинация от следните фактори: avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

21 несъвършенство на използваната силова платформа (невъзможност да генерира идеални правоъгълни импулси със стръмни фронтове) допълнително загряване на компонента от генерираните загуби (които в този случай са максимални), въпреки краткото време за провеждането на всяко измерване (под 30 сек). Този ефект се забелязва по-осезаемо при измерванията при 25 С където температурата оказва по-голямо влияние. От графиката също така се вижда, че класическото уравнение на Стейнмец дава резултати с грешка по-малка от 10%, когато коефициентът на запълване е в границите от 40-50%. Може да се направи изводът, че при използване на правоъгълно напрежение с малък коефициент на запълване (5%-15%), загубите са неколкократно по-големи от данните за правоъгълно напрежение при 50% или от каталожната информация отнасяща се за синусоидални сигнали. Чрез използване на предложените математични модели е възможно точното определяне на тези загуби. 12 Напрежение Ток Мощност / Загуби Магнитен поток Температура: 25 C, коефициент на запълване 50% U p-p = 78,5V U rms = 33,91V I p-p = 1,44A I rms = 0,408A P avg = 2,155W Температура: 25 C, коефициент на запълване 5% U p-p = 663,1V U rms = 96,02V I p-p = 1,450A I rms = 0,5475A P avg = 7,568W Фиг Осцилограми от проведените измервания при правоъгълно напрежение, за два коефициента на запълване на импулсите, материал 3F3 Таблица D.1. Данни за материал 3F3, 100mT, 100kHz, 25 C, мостова схема D U rms I rms I p-p P tot P cu P fe P fe,vol P fe,kg % V A A W mw W kw/m 3 W/kg 50% 35,0 0,41 1,44 2,16 3,29 2,15 120,9 22,9 45% 36,2 0,43 1,42 2,31 3,41 2,31 129,5 24,5 40% 38,1 0,46 1,42 2,51 3,54 2,50 140,5 26,6 35% 40,3 0,48 1,42 2,62 3,69 2,62 147,2 27,9 30% 43,0 0,50 1,40 2,76 3,88 2,75 154,6 29,3 25% 46,7 0,52 1,42 3,00 4,12 3,00 168,5 31,9 20% 51,0 0,54 1,43 3,29 4,43 3,29 184,8 35,0 15% 59,1 0,55 1,42 3,88 4,86 3,87 217,5 41,2 10% 69,9 0,55 1,43 4,83 5,53 4,82 270,9 51,3 5% 96,0 0,55 1,45 7,57 6,92 7,56 424,8 80,4 avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

22 Фиг Зависимост на специфичните загуби при 25 С в зависимост от коефициента на запълване на правоъгълното напрежение за материал 3F3, 100mT, 100kHz Таблица Сравнение между каталожната информация, данните от измерванията и резултатите от моделите за тестваните материали. Загуби Разлика на Vitroperm Материал 3F3 N67 Finemet FT-3M 500F 100mT, 200mT, 300mT, 200mT, Условия 100kHz, 100kHz, 100kHz, 100kHz, 25 C 100 C 100 C 100 C По каталожна информация W 1,40 11,00 8,1 8,69 Измервания Модел При 50% W 1,04 8,20 11,97 2,83 При 5% W 7,09 33,61 47,12 14,82 При 50% W 1,05 8,22 12,18 2,97 При 5% W 7,18 32,89 49,34 17,44 модела спрямо При 50% % -25% -25% 50% -66% каталожната информация При 5% % 413% 199% 509% 101% измерванията спрямо При 50% % -26% -25% 48% -67% каталожната информация При 5% % 406% 206% 482% 71% измерванията При 50% % 1,45% 0,24% 1,75% 4,95% спрямо модела При 5% % 1,27% -2,14% 4,71% 17,68% avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

23 Фиг Сравнение на специфичните загуби за четирите изследвани образеца, 100mT, 100kHz, 100 C, при променлив коефициент на запълване ОБОБЩЕНИЯ И ИЗВОДИ 1. Създадена и калибрирана е експериментална система, с помощта на която могат да се провеждат измервания на загубите в МММ при разнообразни условия [5]. 2. Проведени са серии от измервания за различни материали при условия типични за силовата електроника с цел натрупване на база с данни за реалните загуби в магнитопровода. Показани са зависимостите на магнитните загуби на изследваните материали от температурата и формата на напрежението. 3. Създадени са МАТЛАБ програми, даващи възможност да се подобри значително точността при измерване с осцилоскоп Тектроникс TPS2014, както и значително да се улесни отчитането и обработването на данните от измерването. Предложен е вариант на провеждане на измерваният чрез осцилоскоп, който няма възможност да умножава каналите - [6]. 4. Показано е сравнение между предложените два модела в предишната глава и експерименталните данни. За сравнение са показани и резултати от два съществуващи модела. Съвпадението на предложеният модел (ЕРУС) с експерименталните данни е по-добро в сравнение с МУС - [7]. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

24 4. ГЛАВА 4. УСЪВЪРШЕНСТВАНА МЕТОДИКА ЗА ПРОЕКТИРАНЕ НА ТРАНСФОРМАТОРИ 4.1. Същност на усъвършенстваната методика за проектиране на трансформатори(4.0) Представен е подход за адаптиране на методиката Fast Design Approach *, като тук се разглежда най-често използваният вид проектиране на трансформатори за силовата електроника, който е съобразен с температурни ограничения, без постояннотоково подмагнитване. Методиката се състои от 15 стъпки, като са предложени подобрения на стъпка 2 ( Изчисляване на разсейващата способност на магнитопровода P h ) и стъпка 5 ( Намиране на пиковата индукция от каталожната информация ). Използването на различни опростени методи води до намалена точност (например при използването на опростен метод за определяне на разсейващата способност на магнитопровода може да доведе до преоразмеряване на трансформатора), която често е достатъчна за практическите нужди. При желание за по-висока точност тези методи могат да бъдат заменени с по-прецизни (например поточен термален модел). В методиката се приемат следните допускания: o Приема се че МММ използван за трансформатора не стига до насищане; o Индукцията на разсейване не се взима под внимание при изчисляването на магнитният поток; o Методиката има намалена точност при частично запълнени слоеве Изчисляване на разсейващата способност на магнитопровода P h Допустимите загуби може да се изчислят приблизително със следната формула: P h k ab (4.1) A където k А коефициент зависещ от начина на охлаждане и вида на материала; a и b двата най-големи размера на магнитопровода в [m]. В описанието на методиката коефициентът k А е избран 2500 W/m 2, като авторите указват, че тази стойност е валидна за феритни магнитопроводи с максимална работна температура около C и температура на околното пространство от 60 C. Такава температура е типична за СЕУ работещи в затворена кутия (например зарядно устройство за преносим компютър), но когато става дума за принудително охлаждане, температурата на охлаждащият въздух най-често е в диапазона от С. За да може този коефициент да се използва при други условия трябва да бъде определена разсейващата способност на МК. Приемат се следните условия: Трансформаторът е монтиран върху печатна платка, така че да е възможно въздушният поток да минава от всички страни свободно; На трансформаторът не е монтиран охлаждащ радиатор; Разглеждат се само трансформатори с Ш образни магнитопроводи, мантиен тип. Стъпките за определянето на k А са следните: Определят се площите на МК, чрез които става топлообменна; Изчислява се дължината на граничния слой флуид, чрез който става кондуктивният топлообмен L; * Van den Bossche A., V. Valchev, Inductors and Transformers for Power Electronics, 2005, ISBN: avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

25 Избира се скорост на въздуха, обдухващ компонента v. Намира се коефициентът на чернота ε T ; Получава се топлообменна; Изчислява се коефициентът k А. По-надолу е дадено съкратено описание на тези стъпки, като целият текст е поместен в дисертацията. Открита площ на трансформатора Това е площта която ефективно участва в топлообменна. Приема се че трансформаторът е монтиран върху печатна платка, така че да е възможно въздушният поток да минава от всички страни свободно. Разглеждат се две различни площи, едната приложима при топлопренасяне чрез конвекция (S conv ), а другата при топлопренасяне чрез лъчение (S rad ). На Фиг. 4.1 е показано как се определят двете площи. Фиг. 4.1 Еквивалентни площи на трансформатор изграден от ЕЕ магнитопровод в ляво: Еквивалентната площ на трансформатор при лъчение, S 2ab2ac2 4S 2S S 2S. rad в дясно: Еквивалентната площ на трансформатор при конвекция, S 2ab2ac2 2S 2S S 2S. conv Резултатите за два примерни трансформатора са показани в Таблица 4.1 на стр.88 в дисертацията, като по-долу е поместена извадка от нея. Таблица 4.1. Площ при конвекция и радиация Параметър Мерна единица E80/38/20 F3CC0010 S rad mm S conv mm Пълна дължина на граничния слой Параметърът L е пътят, който охлаждащият въздух изминава около трансформатора. В общият случай може да се дефинира като половината от найкраткия път около компонента в посока на движението на въздуха - Фиг avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

26 Фиг. 4.2 Дължината на граничния слой между компонента и охлаждащият флуид: Скорост на въздуха обдухващ компонента За да може да се оцени реалната скорост на въздуха обдухващ магнитния компонент при монтирането му в реално устройство са проведени два експеримента. Опростени опитни схеми на двата експеримента са показани на Фиг. 4.3, стр.89. Скоростта на въздуха е измерена на разстояние 1cm пред компонента с анемометър ЕА3000 имащ точност ±5%. Вентилаторът е поставен в единия край на въздуховод с дължина 30см. На 25 см от вентилатора е поставен магнитният компонент. За провеждането на експеримента са използвани магнитопроводи ETD39 и F3CC0010. Намотките запълват около 60% от прозореца на магнитопровода. Компонентите са монтирани на разстояние от около 1см над печатната платка, така че да има възможност да преминава въздух и под тях т.е.. Проведени са експерименти с различна ориентация на магнитопровода спрямо посоката на въздуха и наличието на други компоненти (радиатори, печатни платки) във въздуховода. Разликата в скоростта на въздуха при различните варианти е около 5 15%. Този факт трябва да се вземе в предвид при изчисляването на реалната разсейваща способност на МК Топлопренос на магнитни компоненти при принудително охлаждане Приема се установен режим и изотермичен модел на трансформатора (т.е. всички открити площи имат еднаква температура). При липса на охлаждащ радиатор на трансформатора се пренебрегва топлопренасянето чрез топлопроводимост. Така пълният топлинен поток, който показва колко мощност може да разсее компонента се дава със следното уравнение: qq q (4.5) rad conv S T T S T T T rad d u t amb c conv d u t amb където: q rad, q conv са топлинният поток осъществен чрез лъчене и чрез конвекция; Т сумарен коефициент на чернота, 0,96 за ферити, 0,82 за нанокристални МММ; Използвано е опростено уравнение за коефициентът на конвективен топлообмен α c. c v L 0,8 0,288 (3,33 4,8 ) (4.6) където: L е дължината на граничния слой между компонента и охлаждащият го флуид; v скоростта на флуида. Използването на опростеното уравнение (4.6) дава коректни резултати при скорост на въздушния поток до 12m/s. Предложеното уравнение има предимството да комбинира в едно както естествената конвекция (v=0), така и принудителната. avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00

27 4.3. Проектиране на трансформатор за източник за ръчно електродъгово заваряване Чрез използването на методиката е първоначално е проектиран феритен трансформатор за заваръчен източник за ръчно електродъгово заваряване. Входните данни за трансформатора са: Таблица 4.2. Входни данни на проектирания феритен трансформатор Напрежение на първичната намотка 300V Изходно напрежение (без товар) 60V Изходно напрежение (максимален товар) 26V Максимален изходен ток 150A Работна честота 80kHz Скорост на въздуха, обдухващ трансформатора 2,5m/s Максимална работна температура 90 С Коефициент на запълване 10-90% Максимална работна температура за феритния трансформатор 90 С Максимална работна температура за нанокристалния трансформатор 110 С След като се вземе в предвид условията на работата на трансформатора се прилага предложената методика за проектиране. Избиран е магнитопровод E80/38/20, материал 3F3. Стъпките по изчисляването са дадени в точка на стр. 98 в дисертацията. Получените резултати са обобщени в Таблица От таблицата се вижда, че се получават максимални загуби 83,4W, което е над три-пъти повече от допустимите 24,7W. Следващите стъпки в методиката проверяват възможността да се намалят загубите чрез различни видове оптимизация. Някои от възможните опции за оптимизация са: o увеличаване диаметъра на проводника; o свързването на няколко проводника в паралел или проводник тип Литцендрат ; o употребата на проводници с правоъгълно сечение или медно фолио. Приложените конкретно оптимизации са описани на стр. 103 в дисертацията. Трансформаторите по случай 4 и 5 са реализирани на практика и са показани на Фиг Фиг Реализираните трансформатори avtoreferat_all_23.doc of 30 Last printed 20/09/ :33:00