功率变换器作为高效的电能变换装置,是现代能源技术的重要组成部分。随着功率变换器向高频、高功率密度趋势发展,磁元件技术发展速度成为了制约功率变换器技术继续提高工作频率和功率密度的瓶颈之一,这使其广受国内外学术界和产业界的关注[1-4]。其中磁元件的功率损耗在整个功率变换器中占据很大的比例,其损耗大小涉及到磁元件和功率变换器的效率和热设计问题[5-9],因此对磁芯损耗特性进行详细研究和深入分析有重要意义[10-11]。
交流功率测量法是测量功率损耗最便捷快速的测量方法,但随着测量频率的提高,误差也会不断增大[12-13]。量热法作为一种传统的测量方法[14-16],通过将被测件置于某个介质中上电工作,工作过程中由于产生热损耗使得被测件温度升高,温度变化传导至介质,使得介质温度亦升高。根据功率损耗与介质比热容、介质的温升值的关系,通过测量介质的温升值可以得到被测件的电能损耗,该测量方法不受测量频率的影响,但一旦测量环境或被测件发生变化,需要重新对测量系统整体进行定标,过程复杂繁琐,消耗大量时间。国内外学者在量热法的基础上加以拓展改进,提出了多种便捷、准确的功率损耗测量方法。文献[17]研究了量热法在磁元件功率损耗测量中的应用,采用分段定标的方法获得被测件的功率损耗,该方法存在定标过程和测量过程一致性的问题。文献[18-19]研究了比对量热法,通过引入参考热源,使跟踪容器的热工质温升值与测量容器热工质温升值相同,从而获得被测件的功率损耗。此方法可以有效解决传统定标量热法定标过程和测量过程不一致的问题,但被测件功率损耗不同时,很难实现全自动测量,尤其是当被测件损耗与参考热源最大功率相差较大时,跟踪过程甚至会出现温度失调的情况。
为此,本文提出了一种将功率损耗预估和温度跟踪相结合的量热测量方法,通过解决量热法的固有误差以提高测量精度,进一步对被测件功率损耗进行预估,控制调整参考电阻的功率,从而实现量热法在不同工况、较小损耗被测件功率的测量。建立了基于LabVIEW具有人机交互功能的测量系统,通过设计不同功率损耗的实验方案验证了实验系统的精度。