计算变压器等效电路参数

　　变压器在电气工业中无处不在。无论是输配电、重工业、仪器仪表、电动汽车还是消费电子产品，各种形状和尺寸的变压器都是系统不可分割的一部分。有不同类型的变压器：电力变压器以不同的电压等级将电力从一个电气系统转移到另一个电气系统，互感器用于电压和电流测量，隔离变压器通过电流隔离在两个电路之间耦合信号，高压变压器用于产生千伏级或更高的电压，等等。变压器的等效电路参数决定了其性能，因此对其设计和开发至关重要。

　　在我们最近的博客文章“从电磁仿真中提取电路”中，我们解释了如何从任何电磁模型中提取等效 RLC 网络，这也适用于任何具有集中绕组的变压器。在这篇博文中，我们将展示一个高频铁氧体磁芯变压器的示例，该变压器的初级和次级线圈由多个部分组成，并提供电路参数和分析的概述。

　　介绍

　　决定变压器性能的因素有很多。电源变压器的等效阻抗会影响短路或故障级别。磁化电感决定了大型变压器中的浪涌电流，而漏电感在选择电力电子电路的开关频率方面起着决定性的作用。寄生电容在高频变压器的工作中变得很重要。变压器的行为主要由它们的等效集总电路参数来表征。因此，使用仿真来提取变压器的等效电路参数对于设计过程是非常宝贵的。

　　磁化和漏感的计算

　　变压器的励磁电感是通过开路测试实验得出的，漏感是通过短路测试计算得出的。这些测试可以在变压器模型的模拟中执行，以获得电感值。

　　开路测试

　　本试验中，变压器次级线圈开路，初级线圈以额定输入电压励磁。在没有任何次级负载电流的情况下，初级线圈汲取的电流主要用于建立磁芯中的磁通量。如果使用初级电压和电流计算初级阻抗，除了初级线圈电阻的相对较小值外，它主要由磁化电感组成。

　　短路测试

　　传统上，初级线圈是短路的，次级是用一个降低到足以使额定电流通过初级线圈的电压来激励的。在这种情况下，大部分通量被限制在初级线圈和次级线圈之间的气隙区域。如果从端电压和电流值计算次级线圈阻抗，它主要由漏电感组成。可以使用匝数比变换将漏电感参考到初级侧。在仿真的上下文中，我们可以通过激励初级线圈和短路次级线圈来直接得到初级漏感。

　　寄生电容的计算

　　变压器应该是纯感应设备。但是，由于初级和次级线圈由导电材料制成，它们之间有绝缘层，因此可以将其比作两个导体被电介质分开的情况。这会产生电容效应。由于这些电容在设计上是无意的，因此它们被称为寄生电容。对于低频变压器，寄生电容并不起主要作用。然而，随着频率的增加，电容效应变得显着；并且由于匝数比很高，它们开始占据主导地位。

　　如何计算电容矩阵解释了如何使用稳态源扫描研究步骤获得自电容和互电容。在变压器具有集中绕组的情况下，可以遵循这种方法来提取电容矩阵。

　　在本示例中，初级线圈和次级线圈分布在多个部分中，这是大多数高压铁氧体磁芯变压器的情况。线圈中的电压分布在截面上呈现阶跃变化。因此，前面描述的方法不适用于提取电容矩阵。为了计算本例中的初级自电容，我们将一半的电势（即 5 V）施加到下部，将全电压（即 10 V）施加到上部。地电位施加到次级线圈，浮动电位施加到磁芯的整个表面。次级自电容类似地通过将一半的次级感应电压施加到下部而将全电压施加到上部来获得。