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Konfigurieren Sie das Hysteresekernmodell des LTspice-Simulators


©2004 Valentyn Volodin Sitio web de Valentyn Volodin

Im Gegensatz zum Jiles–Atherton-Modell, das jetzt in den meisten kommerziellen SPICE-Simulatoren verwendet wird, verwendet das LTspice-Hysteresemodell Parameter der magnetischen Hystereseschleife als Einstellungen. Die Parameter werden in der Tabelle 1 aufgelistet.
Tabelle 1. Einstellungen für das Hysteresemodell des LTspice-Simulators
ParameterBeschreibungEinheiten
HcDie KoerzitivfeldstärkeA/m
BrDie RemanenzinduktionT
BsDie SättigungsinduktionT

Hyst Ploss Die in der Tabelle 1 aufgelisteten Modellparameter haben eine einfache und verständliche physikalische Bedeutung. Außerdem unterscheidet sich das Hysteresekernmodell dadurch, dass es sowohl gesättigte als auch innere Hystereseschleife von ferromagnetischen Materialien recht gut reproduziert.
Trotz einer einfachen und wenigen Parameterliste erfordert das Hysteresekernmodell immer noch ein bestimmtes Anpassungsverfahren. Bei der Modellierung eines ferromagnetischen Kerns, der in starken Magnetfeldern funktioniert, ist es wichtig, dass das Modell die Kernsättigung sowie die Ummagnetisierungsverluste angemessen simuliert. Und hier gibt es Schwierigkeiten bei der Wahl der Parameter. Fakt ist, dass der Sättigungsgrad des Hysteresekernmodells durch den Parameter Bs eingestellt wird. Der bestimmt den Grenzwert, zu dem die Induktion tendiert, wenn die Stärke des Magnetfeldes ins Unendliche strebt (ohne Berücksichtigung der Komponente μ0H). Der Hersteller gibt in seinen Referenzdaten auch die Sättigungsinduktion Bs an, die jedoch kein Induktionsgrenzwert ist. Normalerweise wird als Bs die Induktion angegeben, die einer großen (zum Beispiel 1200 A / m), aber nicht unendlich großen Magnetfeldstärke entspricht. Wenn Sie diesen Parameter zum Konfigurieren des Modells verwenden, wird das Modell frühergesättigt als das echte ferromagnetische Material.
Die Einstellungen Hc und Br werden gleichzeitig im Modell verwendet, um die Hysterese einzustellen und die Magnetisierungskurve im Abschnitt mit Induktion BBr anzunähern. In der Praxis sind jedoch die Eigenschaften des ferromagnetischen Materials beim Arbeiten in starken Feldern (dem Teil der Magnetisierungsumkehrkurve im Biegebereich) wichtiger als im Feldfeld mit Induktion BBr. Zusätzlich gibt der Hersteller in seinen Referenzdaten die Werte von Hc und Br für einen bestimmten Fall an (zum Beispiel für eine Magnetisierungsumkehrfrequenz von 10 kHz). Die Verwendung dieser Parameter zum Anpassen des Modells führt zumindest dazu, dass das Modell die Magnetisierungsumkehrverluste nicht korrekt simuliert, wenn das ferromagnetische Material mit einer anderen Frequenz verwendet wird.
Zuvor gab ich eine Methode zur manuellen Auswahl der Einstellungen für das Hysteresekernmodell an. Die Verwendung dieser Technik führt jedoch zu einem großen Zeitaufwand. Mit dem vorgeschlagenen Taschenrechner können Sie Zeit sparen und die Genauigkeit der Modelleinstellungen verbessern. Die Quelldaten für diesen Rechner sind Referenzdaten, die in der Regel vom Hersteller bereitgestellt werden.
Betrachten wir zum Beispiel N87 Epcos Ferrit. Angenommen, dass wir dieses Ferrit im Kern des Transformators des LLC-Konverter verwenden, wo es mit einer Frequenz von 100 kHz von -0.2 T auf 0.2 T magnetisch umgekehrt wird. Es wird vermutet, dass die Temperatur des Ferritkerns 100° C erreichen wird.
In den Referenzdaten gibt der Hersteller die Form von dynamischen Hystereseschleifen für Temperaturen von 25° C und 100° C an, die bei einer Magnetisierungsumkehrfrequenz von 10 kHz erhalten werden. Wir wählen eine Graphik für Temperatur von 100° C. Als Ausgangsdaten für den Rechner können wir sowohl den obere als auch den untere Abschnitt der Hystereseschleife verwendet werden. Wir benutzen den obere Abschnitt. In diesem Abschnitt müssen drei Punkte ausgewählt und ihre Koordinaten bestimmt werden. Der erste Punkt liegt an dem Punkt, an dem die Kurve die Abszissenachse überschneidet (B = 0) und hat dementsprechend die Koordinaten Hc : B = 0. Der zweite Punkt liegt im Wendebereich des oberen Abschnitts und hat die Koordinaten Hp : Bp. Der dritte Punkt liegt im Bereich der maximalen Induktion und hat die Koordinaten Hs : Bs. Definieren wir die Koordinaten dieser Punkte aus der Grafik:
Hc = -16.5 A/m; Hp = 109 A/m: Bp = 0.356 T; Hs = 1200 A/m: Bs = 0.39 T.
Als nächstes bestimmen wir die Verluste für den Fall der Kernmagnetisierungsumkehr mit einer Frequenz von Floss = 100 kHz, einer maximalen Induktion Bm = 0,2 T und einer Temperatur von 100° C. Anhand der grafischen Daten des Herstellers ermitteln wir die Verluste für diese Bedingungen Ploss = 376 kW/m3.
Geben wir die Quelldaten in die entsprechenden Zellen des Rechners ein und klicken wir auf die Schaltfläche "Zählen". Der Rechner gibt eine Reihe von Modellparametern an:
Hc = 8.9816 Br = 0.15745 Bs = 0.39433

Dateneingabe

Krümmung:

Hc = A/m A/cm Oersted

Hp = Bp =

Hs = Bs =

Verlust:

Ploss = kW/m3 W/cm3

Floss = Hz kHz MHz

Bm = T G