一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法技术

本发明专利技术提出一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法，涉及变压器技术领域。本发明专利技术对变压器各绕组排列优化设计，将原边绕组分为第一原边绕组、第二原边绕组和第三原边绕组，按照从磁芯中心柱到磁芯边柱的方向，变压器绕组的排列顺序依次为：第一原边绕组、副边绕组、平衡绕组、辅助绕组、第二原边绕组、第三原边绕组；还构建位移电流的数值分析模型，通过优化绕组参数设计使得产生共模噪声的位移电流为零。本发明专利技术同时从噪声源和噪声路径两方面共同减小共模噪声，实现了不采用Y型接线电容的情况下对共模噪声的消除，优化了变压器的EMI性能。

A method of transformer winding arrangement and numerical analysis of displacement current

【技术实现步骤摘要】
一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法
本专利技术涉及变压器
，具体涉及一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法。
技术介绍
在小功率变换器的应用场合中，反激变换器是应用最广泛的拓扑之一。它的拓扑结构导致原边功率管和副边整流管突然关断时会产生很大的dv/dt，由于绕组之间、绕组和地之间存在很多寄生电容，产生的电流在电源线和大地之间形成回路，因此造成很大的共模噪声。通常采用在原边地和副边地之间连接Y型接线电容来有效抑制共模噪声，然而这种方法会导致泄漏电流增大，因此在很多应用场合中存在安全隐患，所以需要研究一种既不采用Y型接线电容又能减小共模噪声的新方法。减小共模噪声，可以从两方面考虑，分别是从噪声源侧减小噪声以及阻断噪声传播途径，这两种方式均可以通过优化设计变压器绕组的排布方式来实现。现有技术中，变压器绕组排布策略中，主要是抛弃原有的三明治绕组结构且在层与层之间增加绝缘距离，以此减少原边绕组和副边绕组之间的寄生电容。然而，这种方法增加了需要使用的窗口面积，此外，只能尽量减小原边副边之间的共模噪声，而不能完全消除噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术所存在的不足而提出一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法，对变压器绕组排列进行优化设计，并构建位移电流的数值分析模型，通过优化绕组参数设计使得产生共模噪声的位移电流为零，实现了不采用Y型接线电容的情况下对共模噪声的消除，改善了变压器的电磁干扰性能。为了解决上述技术问题，本专利技术提出如下技术方案：本专利技术提出的一种变压器绕组排列方法中，变压器的绕组包括：原边绕组，平衡绕组，辅助绕组，副边绕组。其中，原边绕组包括：第一原边绕组、第二原边绕组和第三原边绕组。本专利技术提出的一种变压器绕组排列方法，从磁芯中心柱向磁芯边柱依次排列，其顺序为：第一原边绕组、副边绕组、平衡绕组、辅助绕组、第二原边绕组、第三原边绕组。原边绕组的总匝数为NP，第一原边绕组的匝数为NP1，第二原边绕组的匝数为NP2，第三原边绕组的匝数为NP3，各原边绕组的匝数之间的关系满足以下公式：副边绕组的匝数为NS，平衡绕组的匝数为NB，辅助绕组的匝数为NA。其中，第一原边绕组的匝数NP1与副边绕组的匝数NS相同。进一步，第一原边绕组的起绕端为A端、另一端为A1端，副边绕组的起绕端为C端、另一端为D端，平衡绕组的起绕端为NC端、另一端为A端，辅助绕组的起绕端为E端、另一端为F端，第二原边绕组的起绕端为A1端、另一端是A2端，第三原边绕组的起绕端为A2端，另一端为B端。其中，第一原边绕组的另一端A1端是第二原边绕组的起绕端A1端，第二原边绕组的另一端A2端是第三原边绕组的起绕端A2端。进一步，第一原边绕组的A端、副边绕组的D端、平衡绕组的A端、辅助绕组的F端以及第三原边绕组的B端是同名端。第一绕组间寄生电容是第一原边绕组和副边绕组之间的寄生电容，第二绕组间寄生电容是第二原边绕组和副边绕组之间的寄生电容，第三绕组间寄生电容是第三原边绕组和副边绕组之间的寄生电容，第四绕组间寄生电容是平衡绕组和副边绕组之间的寄生电容，第五绕组间寄生电容是辅助绕组和副边绕组之间的寄生电容。第一绕组磁芯间寄生电容是第一原边绕组和左侧磁芯中心柱之间的寄生电容，第二绕组磁芯间寄生电容是第一原边绕组和右侧磁芯中心柱之间的寄生电容，第三绕组磁芯间寄生电容是第三原边绕组和左侧磁芯下边柱之间的寄生电容，第四绕组磁芯间寄生电容是第三原边绕组和右侧磁芯下边柱之间的寄生电容。其余绕组和磁芯之间的寄生电容，由于距离较远而电容值很小，因此可以忽略。在本专利技术提出的一种变压器绕组排列中，绕组间寄生电容和绕组磁芯间电容的存在，为位移电流提供了通路，位移电流包括：第一位移电流，从第一原边绕组流向副边绕组；第二位移电流，从第二原边绕组流向副边绕组；第三位移电流，从第三原边绕组流向副边绕组；第四位移电流，从平衡绕组流向副边绕组；第五位移电流，从辅助绕组流向副边绕组；第六位移电流，从第一原边绕组经由左侧磁芯流向第三原边绕组；第七位移电流，从第一原边绕组经由右侧磁芯流向第三原边绕组。各绕组的电位在各个绕组上均匀分布，设定位移电流的正方向是从原边绕组流向副边绕组。由于第一原边绕组靠近磁芯中心柱布置，而第二原边绕组和第三原边绕组靠近磁芯边柱布置，因此通过磁芯通路传播的噪声从不易消除的共模噪声变成易于消除的差模噪声；并且第一原边绕组的匝数NP1与副边绕组的匝数NS相同，因此第一原边绕组和副边绕组之间电位变化相同，不存在位移电流。本专利技术提出一种变压器绕组排列方法中，位移电流的数值分析方法如下：构建三组坐标系图，第一组图的上半部分是原边绕组的电位随绕组在磁芯窗口中位置的分布图，第二组图的上半部分是平衡绕组的电位随绕组在磁芯窗口中位置的分布图，第三组图的上半部分是辅助绕组的电位变化随绕组在磁芯窗口中位置的分布图。而三组图的下半部分均为副边绕组的电位随绕组在磁芯窗口中位置的分布图。变压器的位移电流包括：第一位移电流、第二位移电流、第三位移电流、第四位移电流、第五位移电流。根据第一绕组间寄生电容、第二绕组间寄生电容、第三绕组间寄生电容、第四绕组间寄生电容和第五绕组间寄生电容两端的电压电流公式分别计算第一位移电流、第二位移电流、第三位移电流、第四位移电流、第五位移电流。通过位移电流的数值分析方法，可以同时从噪声源和噪声路径两个方面减小共模噪声，在去除Y型接线电容的情况下，通过绕组匝数的配比将位移电流减小到0，即消除了共模噪声，提高EMI性能。本专利技术提出的一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法，相比现有技术，具有以下效益：1、同时从噪声源和噪声路径两方面共同减小共模噪声，并且通过绕组匝数的配比实现位移电流为零，即彻底消除共模噪声，提高EMI性能。2、将通过磁芯通路传递的噪声从不易消除的共模噪声变成容易消除的差模噪声，简化了噪声消除难度。3、新增的平衡绕组的位移电流方向从副边到原边，能够抵消部分从原边到副边的位移电流，通过合适的匝数配比能够实现位移电流为0，彻底消除共模噪声。4、位移电流的数值仿真分析方法，使得共模噪声大小数值化，从而简化变压器绕组设计。附图说明图1是本专利技术提出的一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法中，变压器绕组排列图。图2是反激变换器拓扑结构图。图3是本专利技术提出的一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法中，变压器原边绕组P、辅助绕组AUX、平衡绕组BALANCED和副边绕组S之间的电位变化和位移电流分布图。具体实施方式下面结合附图和具体实施案例对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细描述。实施例1。本专利技术提出的一种变压器绕组排列方法及其位移电流数值分析方法中，变压器绕组排列如图1所示，图1(a)是变压器的磁芯架构示意图，磁芯架构包括：左侧磁芯1、右侧磁芯2。左侧磁芯1和右侧磁芯2都是E型磁芯。左侧磁芯1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器绕组排列方法，其中变压器绕组包括原边绕组、平衡绕组、辅助绕组和副边绕组，其特征在于：所述原边绕组包括：第一原边绕组、第二原边绕组和第三原边绕组；/n按照从磁芯中心柱到磁芯边柱的方向，变压器绕组的排列顺序依次为：第一原边绕组、副边绕组、平衡绕组、辅助绕组、第二原边绕组、第三原边绕组；/n所述第一原边绕组的起绕端为A、另一端为A1，所述副边绕组的起绕端为C、另一端为D，所述平衡绕组的起绕端为NC、另一端为A，所述辅助绕组的起绕端为E、另一端为F，所述第二原边绕组的起绕端为A1、另一端是A2，所述第三原边绕组的起绕端为A2，另一端为B；其中，第一原边绕组的另一端A1是第二原边绕组的起绕端A1，第二原边绕组的另一端A2是第三原边绕组的起绕端A2；第一原边绕组的A端、副边绕组的D端、平衡绕组的A端、辅助绕组的F端以及第三原边绕组的B端是同名端；/n原边绕组的总匝数为N

【技术特征摘要】
1.一种变压器绕组排列方法，其中变压器绕组包括原边绕组、平衡绕组、辅助绕组和副边绕组，其特征在于：所述原边绕组包括：第一原边绕组、第二原边绕组和第三原边绕组；
按照从磁芯中心柱到磁芯边柱的方向，变压器绕组的排列顺序依次为：第一原边绕组、副边绕组、平衡绕组、辅助绕组、第二原边绕组、第三原边绕组；
所述第一原边绕组的起绕端为A、另一端为A1，所述副边绕组的起绕端为C、另一端为D，所述平衡绕组的起绕端为NC、另一端为A，所述辅助绕组的起绕端为E、另一端为F，所述第二原边绕组的起绕端为A1、另一端是A2，所述第三原边绕组的起绕端为A2，另一端为B；其中，第一原边绕组的另一端A1是第二原边绕组的起绕端A1，第二原边绕组的另一端A2是第三原边绕组的起绕端A2；第一原边绕组的A端、副边绕组的D端、平衡绕组的A端、辅助绕组的F端以及第三原边绕组的B端是同名端；
原边绕组的总匝数为NP，第一原边绕组的匝数为NP1，第二原边绕组的匝数为NP2，第三原边绕组的匝数为NP3；副边绕组的匝数为NS，平衡绕组的匝数为NB，辅助绕组的匝数为NA；其中，第一原边绕组的匝数NP1与副边绕组的匝数NS相同；
其中，原边绕组的总匝数为NP，第一原边绕组的匝数为NP1，第二原边绕组的匝数为NP2，第三原边绕组的匝数为NP3之间的关系满足公式：


2.一种变压器位移电流的数值分析方法，该变压器的绕组采用权利要求1所述的一种变压器绕组排列方法而排列，其特征在于：
构建三组坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐海瑞，朱赛娟，王廷营，王永生，许胜有，孙伟锋，钱钦松，孙娟，顾亮，邰阳，
申请(专利权)人：连云港杰瑞电子有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32