【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无磁芯变压器的，尤其是指一种自治无磁芯变压器及其精细设计方法。
技术介绍
1、相较于传统的铁氧体铁芯变压器，无磁芯变压器以空气为磁导介质，其避免了磁性材料性能对变压器的影响，如磁饱和现象、磁滞损耗、涡流损耗、磁通不平衡、磁导率受温度影响等；同时，无磁芯材料和骨架尺寸约束，重量更轻，易于定制化设计，重量功率密度得到了进一步提升；此外，耦合系数更低，利用漏感替代谐振电感，磁集成更容易实现，成本更低。
2、自治的无磁芯变压器在满足宇称-时间对称条件时具有与理想变压器一样的磁势平衡特性，可实现了与负载无关的恒定电压变比和电流变比；宇称-时间对称条件为原、副边回路的固有谐振频率相等，并且在自治电压源的作用下无磁芯变压器工作在单位功率因素；其关键是保持原、副边回路的固有谐振频率相等，即可设计出目标谐振参数。无磁芯变压器无需考虑磁芯材料和骨架尺寸的约束，易于定制化设计，而传统铁氧体变压器所采用的ap设计法已不适用。综上所述，实现谐振参数精细化的设计对于自治无磁芯变压器的应用是尤为关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种自治无磁芯变压器及其精细设计方法，通过绕组结构设计和电压偏差补偿的结合实现了自治无磁芯变压器参数的精细设计。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种自治无磁芯变压器，包括自治电压源、圆型绕线骨架、原边绕组、副边绕组、原边串联补偿电容、副边串联补偿电容、不控整流模块、输出滤波电容和负载电阻
3、本专利技术也提供了一种上述自治无磁芯变压器的精细设计方法，包括以下步骤：
4、步骤1：设计自治无磁芯变压器的参数被输入，包括：vi、vo、po、ωo、qh、k；其中，vi为自治电压源的输入电压、vo为输出电容电压、po为变压器额定功率、ωo为原、副边回路的谐振角频率、qh为分岔点处的品质因素、k为变压器的耦合系数；
5、步骤2：计算出匝比nt＝vi/vo，实际输入值n小于nt；
6、步骤3：计算出以下参数：原边绕组自感原边串联补偿电容的容值副边绕组自感ls＝lp/n2、副串联补偿电容的容值cs＝n2cp、变压器互感mps＝klp/n；
7、步骤4：输入设定变压器原边绕组的列向层数ncp、原边绕组的列向层数ncs、圆型绕线骨架半径b、原边绕线直径dp、副边绕线直径ds；副边绕组自感ls表达式为：
8、ls的表达式关于是关于ns隐函数，求解该隐函数能算出副边绕组的匝数ns；其中，真空磁导率μ0＝4π×10-7μh/m，系数副边绕组横向层数副边绕组第xs行、第ys列的元素(xs,ys)距离中心轴的距离rs＝b+ds(2xs-1)/2，副边绕组第xs'行、第ys'列的元素(xs',ys')距离中心轴的距离rs'＝b+ds(2xs'-1)/2；定义变量zs2＝4rsrs'/[(rs+rs')2+ds2(ys-ys')2]，k(zs)和f(zs)分别为第一类和第二类完全椭圆积分；步骤4中能确定ns，再得到副边绕组的高度ls＝msds；
9、步骤5：原边绕组的匝数np，原边绕组等效为两个感量相等的同轴串接绕组，分别表示为np1和np2，np1与np2之间的互感为m12，原边绕组的高度均为原副边绕组的气隙间距为c；考虑到ls远大于c，忽略c对m12的影响；根据步骤4计算ns的方式，能计算出np来实现目标值lp，从而确定np的值；
10、步骤6：仅需计算np1与ns之间的互感：
11、便能得出原、副边绕组的互感mps＝2mp1_s，能计算出c来实现目标值mps；其中，系数)，原边绕组行向层数原边绕组第xp行、第yp列的元素(xp,yp)距离中心轴的距离rp＝b+dp(2xp-1)/2；zps2＝4rsrp/{(rs+rp)2+[ds(2ys-1)/2+dp(mp-yp+1/2)+c]2}，k(zps)和f(zps)分别为第一类和第二类完全椭圆积分；步骤6中能得到气隙间距c的值；
12、步骤7：由步骤4和步骤5能得np和ns，可知变压器骨架的最小高度amin需满足为便于绕制时调整，变压器骨架a的实际选取值需大于amin；
13、步骤8：绕制变压器，测量出原边绕组的杂散电阻rp和副边绕组的杂散电阻rs，同时计算出电压损耗为δv＝rp×(po/vi)+rs×(po/vo)+vd+vs；其中vd为不控整流模块的二极管导通压降，vs为自治电压源中开关器件的导通压降；如果满足条件：n-vi/(vo+δv)<1％，则完成设计；若不满足，则回到步骤2，进一步减小n值，重复步骤2-步骤8，直至满足条件。
14、进一步，所述自治无磁芯变压器的自治电压源工作频率ω满足：
15、
16、式中，q为原、副边回路的品质因素，有q>qh。
17、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
18、1、实现了自治无磁芯变压器的参数精细设计，使得无磁芯变压器的高效率、高功率密度的应用变为可行。
19、2、实现了无磁芯变压器电压变比的偏差校正，避免了寄生电阻和半导体器件所产生的电压损失。
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1.一种自治无磁芯变压器，其特征在于：包括自治电压源、圆型绕线骨架、原边绕组、副边绕组、原边串联补偿电容、副边串联补偿电容、不控整流模块、输出滤波电容和负载电阻；所述原边绕组的一端与原边串联补偿电容的一端相连接，所述原边串联补偿电容的另一端与自治电压源的负极相连接，所述自治电压源的正极与原边绕组的另一端相连接；所述副边绕组的一端与不控整流模块的一端相连接，所述不控整流模块的另一端与副边串联补偿电容的一端相连接，所述副边串联补偿电容的另一端与副边绕组的另一端相连接；所述不控整流模块的输出分别与输出滤波电容和负载电阻相连接；所述副边绕组缠绕在圆型绕线骨架的中间，所述原边绕组均匀分布在副边绕组两侧，调整原、副边绕组的匝数和间隙能控制变压器参数。
2.一种权利要求1所述自治无磁芯变压器的精细设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种自治无磁芯变压器的精细设计方法，其特征在于：所述自治无磁芯变压器的自治电压源工作频率ω满足：
【技术特征摘要】
1.一种自治无磁芯变压器，其特征在于：包括自治电压源、圆型绕线骨架、原边绕组、副边绕组、原边串联补偿电容、副边串联补偿电容、不控整流模块、输出滤波电容和负载电阻；所述原边绕组的一端与原边串联补偿电容的一端相连接，所述原边串联补偿电容的另一端与自治电压源的负极相连接，所述自治电压源的正极与原边绕组的另一端相连接；所述副边绕组的一端与不控整流模块的一端相连接，所述不控整流模块的另一端与副边串联补偿电容的一端相连接，所述副边串联补偿电容的另...
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