高频磁场环境下热电偶测温研究

基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 （ ０ ７０ ０ 和 福 建 省 教 育厅 资 助 项 目（Ａ １２ ） 国 ５８ ７ １ ） Ｊ １０ ８ 作 者 简 介 ：林 苏 斌 （９ ７ ） １７ ・ ，男 ， 建 籍 ， 师 ，博 士生 ， 究 方 向 为 电 力 电 子 高 频 磁 技 术 ； 福 讲 研 陈 为 （９ ８ ） 男 ， 建 籍 ， 授 ／ 导 ， 究 方 向为 电力 电子 高 频 磁 技 术 及 电磁 兼 容 。 １５ 一 ， 福 教 博 研
得 到绕组 平均 温 升 ， 不 到 温升 最 高 点 。 目前工 程 得
上 只能 采用 热 电偶 测 量 线 圈 表 面温 升 ， 通 过经 验 再 估算 内部温 升的方 法 ， 这 种 方 法 明显 存 在 较大 误 但 差 。 目前 国 内外 相关 文献对 热 电偶 测温误 差 进行分
第 ４期
林 苏斌 ， ：高频 磁 场环 境下 热 电偶测 温研 究 等
式 中 ， ， ，， ，卢 为待 定 系数 。 根 据温 升公 式 ：
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进行研 究 ， Ｋ型 热 电偶 为 例 ， 析 Ｋ 型 热 电偶 在 以 分
高频 磁场 环境下 测 温时 产 生误 差 的机 理 ， 立 Ｋ型 建 热 电偶 在 高频磁 场 环 境 下 温 升 数 学模 型 ， 有 效修 可
中 图 分 类 号 ： Ｍ２ ７ １ Ｔ ７ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ — ７ （ ０ ２ ０ －０ ２ ４ ０ ３３ ６ ２ １ ） ４０ ６ － ０ ０
１ 引言
高功 率密度 是 开 关 电源 发 展 的方 向之 一 ， 着 随
所示 。在 实际 温升测 试 中 ， 发现 埋在 原 、 副边绕 组之 间的热 电偶 １的温 升要 明显大 大高 于埋 在线 圈表 面 热 电偶 ２的温 升 ， 者温差 可高 达 １０多度 ， 两 ０ 这一 现 象， 显然 无法 用绕 组 损耗 引起 的温 升 来解 释 。从 图 １的磁 场 分 布 可 以看 出 ： 虽然 绕 组 外 部热 电偶 ２所
温升。
热 电偶 １ 电偶 ２ 热
４ ４ － ２ ０ 对 开关 电源 产 品温 升 测量 指 出 ： 果 未 ９３ ０ １ 如
规 定具 体 的测 量方 法 ， 采 用 热 电偶 法 或 电阻法 来 应
测量 绕组 的温度 ， 对除绕 组 以外 的零部件 的温 度 ， 应 采 用热 电 偶 法 来 测 定 嵋 。 功 率 器 件 温 升 的测 量 比 较 容易 实现 ， 对于 磁性元 件 的温升 测量 ， 电阻法 只能
第 ３ 卷 第 ４期 １
２１ ０ ２年 １ ０月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆＥｌｃｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｅ ｇ ｖ ｎ ｅBiblioteka Baidu ｃ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎ ｒｙ
Ｖｏ ． １ ３１， Ｎｏ． ４
处位 置 的磁场 为零 ， 绕 组 内部 热 电偶 １位 置却 存 但 在 一定 的漏磁 场 ， 因此 绕 组 内部 的热 电偶 是 处 在 高
频磁 场 环境 下 ， 然 这 个 磁 场 很 小 ， 般 只 有 毫 特 虽 一 级 ， 在千赫 兹高 频作用 下 ， 但 就可 能带来 额外 损耗 和
正 Ｋ型热 电偶在 高 频磁 场环 境下 测温 误差 。
开关 电源工作 频率 不断 提高 ， 出电流不 断增 大 ， 输 高
频 功率磁 性 元 件 以及 开关 器 件 的损 耗 也 在 急 剧 增
大 ， 重影 响 产 品 的 可 靠 性 和 安 全 性 ¨ ， 此 有 必 严 因
要对 开关 电源 温升 进行 准确测 量 。 由于磁 性元 件体
积大， 易 散 热， 为 开 关 电 源 的 最 热 点。Ｇ 不． 成 Ｂ
Ｏｃ ． ２ ２ ｔ ０１
高频 磁 场 环 境 下 热 电偶 测 温 研 究
林 苏斌 ，陈 为 ，汪 晶 慧
（ 州 大学 电气工程 与 自动 化 学院 ，福 建 福 州 ３ ０ ０ ） 福 ５ １８
摘 要 ： 高频磁 场环 境下 采 用热 电偶 测温 时 ， 在 会存 在很 大 的误 差 。本 文分析 了误 差 产 生的机 理 ， 指
析， 主要 集 中在热 电偶本 身 的劣化 误差 ， 电偶 冷端 热 温度 不 为零 引起 的误 差 ， 测 温 度 与热 电偶输 出热 被
电势非 线性 引起 的误差 等 。 为 了准确 评估 磁 性 元 件 绕组 内部 的 温 升情 况 ，
图 １ 高频 变 压 器 结 构 及 磁 场 分 布
出测 温误 差 是 由于 高频磁 场 环境 下热 电偶金属 端部 的 涡流效 应产 生较 大的损耗 密度所 引起 。在 电
磁 场理 论分 析的基 础 上 ， 建 了热 电偶 高频磁 场环 境 测温 平 台 ， 搭 结合 测 量结 果 ， 用 多元 非 线性 回 采 归算 法建 立 了正弦波磁 场环 境 下的 Ｋ型 热 电偶温 升模 型 ， 以修 正 高频磁 场 涡流 效 应 的影 响 。利 用
加 权 平均等 效 正弦频 率的 方法 ， 正 弦波磁 场激励 下 的热 电偶 温 升模 型 应 用 于方 波 电压 激 励 下 的 将
三 角波磁 场测 温环境 。 实验 验证 了本 文建 立的模 型在 正 弦渡与三 角波 高频磁 场 下具有很 高的测 温
精度。
关键 词 ：热 电偶 ；高频磁 场 ；温升模 型 ；涡流
Ｆｉ １ Ｈｉ ｈ ｆｅ ｅ ｃ ｒ ｎｓｏｍ ｅ ｎｄ ｍ ａ ｅｉ ｅ ｄ ｇ． ｇ －ｒｑｕ ｎ ｙ ｔａ ｆｒ ｒａ ｇｎ ｔｃｆ ｌ ｉ
需 要直 接 将 热 电偶埋 在绕 组 内部 测量 温 升 ， 图 １ 如
收稿 日期 ：２ １ ．２０ ０ ２０ －６
本 文主要 针对 高频 磁场 环境 下热 电偶测 温应 用