Transformer operation at deep saturation: Model and parameters determination

Monteiro, T. C.; Martinz, Fernando Ortiz; Matakas, Lourenco; Komatsu, Wilson

doi:10.1109/ipec.2010.5543631

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“…Isso se deve ao fato de que funções polinomiais cruzam a abscissa em um número de vezes igual à sua ordem, gerando regiões de indutância negativa no modelo proposto. Isso forçou a necessidade de linearização da função na região próxima de zero, comprometendo sua utilização, como descrito em (MONTEIRO, 2009(MONTEIRO, , 2010.…”

Section: Modelo Contínuounclassified

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Proposta de modelo e método para determinação dos parâmetros de transformadores operando em saturação.

Monteiro¹

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Uma série de equipamentos de eletrônica de potência é ligada à rede de corrente alternada através de transformadores, que exercem as funções de isolamento galvânico, elevação/abaixamento de tensão, etc. Estes transformadores podem sofrer saturação em condições transitórias (inrush) ou quando o conversor ligado a ele impõe valor médio não nulo de tensão. O problema é normalmente sanado nas malhas de controle do conversor, no entanto o ajuste destas malhas em ambiente de simulação computacional requer um modelo que represente adequadamente a característica de saturação do núcleo ferromagnético. Este trabalho apresenta um modelo de simulação computacional adequado para transformadores operando em saturação intensa, visando aplicações em projetos de equipamentos de eletrônica de potência com transformador monofásico alimentado por inversor. Além disso, é demonstrado um método experimental de obtenção da característica de saturação do núcleo, sem necessidade das suas características construtivas. Resultados de simulação obtidos são comparados com resultados experimentais para validação do modelo e método.

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Section: Modelo Contínuounclassified

“…Este anexo tem como proposta descrever os primeiros testes realizados neste trabalho (MONTEIRO et al, 2009(MONTEIRO et al, , 2010 Para calcular o valor do capacitor C, é aceitável assumir que sua carga inicial máxima disponível seja equivalente ao valor de pico da tensão nominal do transformador:…”

Section: Anexo I: Ensaios Realizados Em Transformador De 100vaunclassified

Proposta de modelo e método para determinação dos parâmetros de transformadores operando em saturação.

Monteiro¹

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High-frequency planar transformer parameter estimation using differential evolution

Tria

Zhang

Fletcher

2015

2015 IEEE Magnetics Conference (INTERMAG)

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I . INTRODUCTIONHigh-frequency planar transformers are widely adopted for power converters . They are also sources of unwanted parasitics such as winding resistances and leakage inductances . Thus, a good electrical model of high frequency planar transformers is essential for accurate circuit simulation of switchedmode power converters . In such cases, it is necessary to represent a transformer with a precise equivalent electrical circuit that can show the behavior of the transformer under varying operating frequency, voltage and current . In this paper, a method of estimating the equivalent circuit of a planar transformer using transformer terminal voltages and currents is presented . An algorithm, based on differential evolution, was developed to estimate the parameters of the equivalent circuit of a transformer from experimental data . The electrical model, shown in Fig .1, consists of an ideal transformer T x with turns ratio n, magnetizing inductance, L m , leakage inductance L lk , core loss shunt resistance, R c , leakage inductances L 1 and L 2 , winding resistances, R 1 and R 2 , and stray capacitances C 1 , C 2 and C 12 . The performance of the algorithm was validated by comparing the estimated parameters of the model with that of 3D FEA, analytical calculation and LCR measurements . II . DIFFERENTIAL EVOLUTION ALGORITHM A differential evolution algorithm (DEA) from [5] was adopted and implemented in MATLAB to estimate the parameters of the model in Fig .1 . The main goal of the differential evolution algorithm is to minimize the two objective functions for every measured primary voltage and current . The objective functions arewhere N is the number of test samples . V s,M , I s,M are the measured secondary voltage and current, respectively while V s,DE and I s,DE are, respectively, the computed secondary voltage and current using the circuit parameters provided by the current iteration of the algorithm . III . EXPERIMENTAL SETUP A high-frequency low profile transformer with Ferrite core and PCB windings with turns ratio of 1:6, was used to obtain experimental data . Sinusoidal input voltage is supplied by a signal generator driving a power amplifier . Signal amplitude was varied at 1V pk increments until the transformer exhibited saturation characteristics . This was conducted for frequencies from 20kHz to 100kHz at 20kHz interval . The load, placed at the secondary side, is a 50Ω resistor . The primary and secondary voltages and currents were obtained using an oscilloscope with voltage and current probes and data were then processed in MATLAB . The input primary winding voltage and measured primary winding current were used as input to the algorithm while the measured secondary winding voltage and current were used in the objective functions . IV .ALGORITHM VALIDATION The accuracy of the proposed algorithm was validated by comparing the estimated parameters with numerical calculation, 3D FEA simulation and LCR measurement . A simplified version of Fig .1, which lumps the winding resistances into a sin...

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