Magnetics elements for power electronic converters

• Autorzy: Sobczyński Dariusz , Szytuła Marcin

Identyfikatory

DOI

10.7862/re.2022.5

Warianty tytułu

PL

Elementy magnetyczne dla przekształtników energoelektronicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Magnetic devices are an important part of the power electronics converter. The realization of the magnetic elements must be connected to the converter design. Projects of the power electronics devices include models and converter design, models and magnetic elements design. The described design of magnetic parts for power electronics converters is the topic of this article. In this paper, the basic theory is reviewed, including magnetic circuits equations and inductor modelling. Power losses in winding conductors are also important. This can lead to copper losses significantly in excess of the value predicted by the dc winding resistance. The "skin effect" and the "proximity effect" are most pronounced in high-current conductors of multilayer windings, particularly in high-frequency converters. This article explains and provides practical methods to compute these losses. The aim of this paper is calculation of magnetic devices, their losses, and the design of magnetic devices for power electronics converters.

PL

Urządzenia magnetyczne są ważnym elementem każdego przekształtnika energoelektronicznego. Zawsze realizacja elementów magnetycznych musi być związana z projektem przekształtnika. Projekty urządzeń energoelektronicznych obejmują modele i projekty przekształtników, a także modele i projekty elementów magnetycznych. Opisane projektowanie elementów magnetycznych dla przekształtników energoelektronicznych jest tematem tego artykułu. W niniejszym artykule dokonano przeglądu podstawowej teorii, w tym równania obwodów magnetycznych i modelowania induktora. Istotne są również straty mocy w przewodach uzwojenia. Może to prowadzić do strat w miedzi znacznie przekraczających wartość przewidywaną przez rezystancję uzwojenia prądu stałego. "Efekt naskórkowości" jest najbardziej wyraźny w wysokoprądowych przewodach uzwojeń wielowarstwowych, szczególnie w przetwornicach wysokiej częstotliwości. Niniejszy artykuł wyjaśnia i podaje praktyczne metody obliczania tych strat. Celem artykułu są obliczenia urządzeń magnetycznych, ich strat oraz projektowanie urządzeń magnetycznych dla przekształtników energoelektronicznych.

Słowa kluczowe

EN

inductor design; magnetic elements; copper losses

PL

projektowanie cewek indukcyjnych; elementy magnetyczne; straty w miedzi

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika
• Rocznik: 2022
• Tom: z. 39
• Strony: 71--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., wykr.

Twórcy

autor

Sobczyński Dariusz

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Department of Power Electronics and Power Engineering, W. Pola 2

autor

Szytuła Marcin

• Rzeszow University of Technology

Bibliografia

• [1] Warnakulasuriya K., Polti A. and Nabhani F.: Evolution of Magnetics in Power Electronics Applications and Facing the Challenges of Future Electronics Industry. PCIM Europe 2017. International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, 2017, pp. 1-5.
• [2] Foerster N., Piepenbrock T., Rehlaender P., Wallscheid O., Schafmeister F. and Boecker J.: An Open-Source FEM Magnetics Toolbox for Power Electronic Magnetic Components. PCIM Europe 2022; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, 2022, pp. 1-10.
• [3] Kusumah P. P., Kyyrä J.: Minimizing coil power loss in a direct AC/AC converterbased contactless electric vehicle charger. 2017 19th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'17 ECCE Europe), 2017, pp. P.1-P.10.
• [4] Undeland T. M., Lode J., Nilssen R., Robbins W. P. and Mohan N.: A single-pass design method for high-frequency inductors. IEEE Ind.Appl. Mag., Sep.-Oct. 1996, Vol. 2, no. 5, pp. 44–51.
• [5] McLyman C.: Transformer and inductor design handbook. Kg Magnetics, Idyllwild 2004.
• [6] Kazimierczuk M. K.: High-frequency magnetic components. Hoboken, NJ, USA:Wiley, 2009.
• [7] Shen W., Wang F., Boroyevich D., Tipton C. W.: Loss Characterization and Calculation of Nanocrystalline Cores for High-frequency Magnetics Applications. APEC 07 - Twenty-Second Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2007, pp. 90-96.
• [8] Magnetics.: http://www.mag-inc.com

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).