開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理與設(shè)計(jì)

2-1．開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理

現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)開(kāi)關(guān)電源的工作效率、體積以及電磁兼容和安全要求等技術(shù)性能指標(biāo)越來(lái)越高，在決定這些技術(shù)性能指標(biāo)的諸多因素中，基本上都與開(kāi)關(guān)變壓器的技術(shù)指標(biāo)有關(guān)。開(kāi)關(guān)變壓器是開(kāi)關(guān)電源中的關(guān)鍵器件，因此，在這一章中我們將非常詳細(xì)地對(duì)與開(kāi)關(guān)變壓器相關(guān)的諸多技術(shù)參數(shù)進(jìn)行理論分析。

在分析開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理的時(shí)候，必然會(huì)涉及磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及磁通 等概念，為此，這里我們首先簡(jiǎn)單介紹它們的定義和概念。

2-1-1．三個(gè)基本概念——磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通

在自然界中無(wú)處不存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)，在帶電物體的周圍必然會(huì)存在電場(chǎng)，在電場(chǎng)的作用下，周圍的物體都會(huì)感應(yīng)帶電；同樣在帶磁物體的周圍必然會(huì)存在磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)的作用下，周圍的物體也都會(huì)被感應(yīng)產(chǎn)生磁通。

現(xiàn)代磁學(xué)研究表明：一切磁現(xiàn)象都起源于電流，即，載流子的運(yùn)動(dòng)。磁性材料或磁感應(yīng)也不例外，鐵磁現(xiàn)象的起源是由于材料內(nèi)部原子核外電子運(yùn)動(dòng)形成的微電流，亦稱分子電流，這些微電流的集合效應(yīng)使得材料對(duì)外呈現(xiàn)各種各樣的宏觀磁特性。因?yàn)槊恳粋€(gè)微電流都產(chǎn)生磁效應(yīng)，所以把一個(gè)單位微電流稱為一個(gè)磁偶極子。因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小與磁偶極子的分布有關(guān)。

在宏觀條件下，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以定義為空間某處磁場(chǎng)的大小。我們知道，電場(chǎng)強(qiáng)度的概念是用單位電荷在電場(chǎng)中所產(chǎn)生的作用力來(lái)定義的，而在磁場(chǎng)中就很難找到一個(gè)類似于“單位電荷”或“單位磁場(chǎng)”的帶磁物質(zhì)來(lái)定義磁場(chǎng)強(qiáng)度，為此，電場(chǎng)強(qiáng)度的定義只好借用流過(guò)單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電流的概念來(lái)定義磁場(chǎng)強(qiáng)度，但這個(gè)概念本應(yīng)該是用來(lái)定義電磁感應(yīng)強(qiáng)度的，因?yàn)殡姶艌?chǎng)是可以互相產(chǎn)生感應(yīng)的。

幸好，電磁感應(yīng)強(qiáng)度不但與流過(guò)單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的電流大小相關(guān)，而且還與介質(zhì)的屬性有關(guān)。所以，電磁感應(yīng)強(qiáng)度可以在磁場(chǎng)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上再乘以一個(gè)代表介質(zhì)屬性的系數(shù)來(lái)表示，這個(gè)代表介質(zhì)屬性的系數(shù)人們把它稱為導(dǎo)磁率。

在電磁場(chǎng)理論中，磁場(chǎng)強(qiáng)度H的定義為：在真空中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線，受到的磁場(chǎng)的作用力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度 的乘積I 的比值，稱為通電直導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)強(qiáng)度?；颍涸谡婵罩写怪庇诖艌?chǎng)方向的1米長(zhǎng)的導(dǎo)線，通過(guò)1安培的電流，受到磁場(chǎng)的作用力為1牛頓時(shí)，通過(guò)導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)強(qiáng)度就是1奧斯特(Oersted)。

電磁感應(yīng)強(qiáng)度一般也稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于在真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上完全相等，因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度在真空中的定義與磁場(chǎng)強(qiáng)度在真空中的定義是完全相同的。所不同的是磁場(chǎng)強(qiáng)度H與介質(zhì)的屬性無(wú)關(guān)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B卻與介質(zhì)的屬性有關(guān)。

但很多書(shū)上都用上面定義磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法來(lái)定義電磁感應(yīng)強(qiáng)度，這是很不合理的；因?yàn)椋姶鸥袘?yīng)強(qiáng)度與介質(zhì)的屬性有關(guān)，而磁場(chǎng)強(qiáng)度與介質(zhì)的屬性無(wú)關(guān)，那么，比如在固體介質(zhì)中，人們就很難用通電直導(dǎo)線的方法來(lái)測(cè)量通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力，既然不能測(cè)量，就不應(yīng)該假設(shè)它所受的力與介質(zhì)的屬性有關(guān)。其實(shí)介質(zhì)的導(dǎo)磁率也不是通過(guò)作用力來(lái)測(cè)量的，而是通過(guò)電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量的。這樣一來(lái)，磁場(chǎng)強(qiáng)度反而變成了一個(gè)輔助的物理量，因?yàn)槲覀儫o(wú)法直接對(duì)它進(jìn)行測(cè)量。

磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B由下面公式表示：

（2-1）式中磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位為奧斯特（Oe），力F的單位為牛頓（N），電流I的單位為安培（A），導(dǎo)線長(zhǎng)度 的單位為米（m）。（2-2）式中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位為特斯拉（T）， 為導(dǎo)磁率，單位為亨/米（H/m），在真空中的導(dǎo)磁率記為 ， = 1。由于特斯拉的單位太大，人們經(jīng)常使用高斯（Gs）作為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位。1特斯拉等于10000高斯（1T=104Gs）。

由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來(lái)表示，故磁感應(yīng)強(qiáng)度B又可定義為磁力線通量的密度（簡(jiǎn)稱磁通密度），即：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)的磁力線通量。磁力線通量密度可簡(jiǎn)稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，因此，電磁感應(yīng)強(qiáng)度又可以表示為：

（2-3）式中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位為特斯拉（T），磁通量 的單位為韋伯（Wb），面積的單位為平方米（m2）。如果磁感應(yīng)強(qiáng)度B用高斯（Gs）為單位，則磁通量 的單位為麥克斯韋（Mx），面積的單位為平方厘米（cm2）。其中，1特斯拉等于10000高斯（1T = 104Gs），1韋伯等于10000麥克斯韋（1Wb = 104Mx）。

電磁感應(yīng)強(qiáng)度除了可以稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通密度外，很多人還把它稱為磁感密度。至此，已經(jīng)說(shuō)明，電磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通密度B、磁感應(yīng)密度B等，在概念上是完全可以通用的。

順便說(shuō)明，在其它書(shū)上有人把磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義為：B= (H+M)，其中H和M分別是磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度，而 是真空導(dǎo)磁率，這完全是為了使磁場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度與電感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的緣故。為了簡(jiǎn)單，本書(shū)中我們不準(zhǔn)備引入太多的其它概念，如有特別需要，可通過(guò)（2-2）式的定義來(lái)與其它概念進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的概念一直以來(lái)都比較混亂，這是因?yàn)闅v史的原因。1900年，國(guó)際電學(xué)家大會(huì)贊同美國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)(AIEE)的提案，決定CGSM制磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位名稱為高斯，這實(shí)際上是一場(chǎng)誤會(huì)。AIEE原來(lái)的提案是把高斯作為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位，由于翻譯成法文時(shí)誤譯為磁場(chǎng)強(qiáng)度，造成了混淆。當(dāng)時(shí)的CGSM制和高斯單位制中真空磁導(dǎo)率 是無(wú)量綱的純數(shù)1，所以，真空中的B和H沒(méi)有什么區(qū)別，致使一度B和H都用同一個(gè)單位——高斯。

1900年后，在科技界中展開(kāi)了一場(chǎng)關(guān)于B和H性質(zhì)是否相同的討論，同時(shí)也討論到電感應(yīng)強(qiáng)度（電位移）D和電場(chǎng)強(qiáng)度E的區(qū)別問(wèn)題。1930年7月，國(guó)際電工委員會(huì)才在廣泛討論的基礎(chǔ)上作出決定：真空磁導(dǎo)率 有量綱，B和H性質(zhì)不同，B和D對(duì)應(yīng)，H和E對(duì)應(yīng)，在CGSM單位制中以高斯作為B的單位，以?shī)W斯特作為H的單位。

直至1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定：將六個(gè)基本單位為基礎(chǔ)的單位制，即米、千克、秒、安培、開(kāi)爾文和坎德拉，命名為國(guó)際單位制，并以SI(法文Le System International el''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''Unites的縮寫(xiě))表示，磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的概念才基本得到統(tǒng)一。

由于歷史的原因，在電磁單位制中還經(jīng)常使用兩種單位制，一種是SI國(guó)際單位制，另一種CGSM（厘米、克、秒）絕對(duì)單位制；兩個(gè)單位的主要區(qū)別是，在CGSM單位制中真空導(dǎo)磁率 =1，在SI單位制中真空導(dǎo)磁率。因此，只需要在CGSM單位制前面乘以一個(gè)系數(shù) ，即可把CGSM單位制轉(zhuǎn)換成SI單位制，一般可寫(xiě)成 ，看到這個(gè)符號(hào)即可知道是采用SI單位制；但這里的 或 一般稱為相對(duì)導(dǎo)磁率，是一個(gè)不帶單位的系數(shù)，而 則要帶單位。

這里還需要強(qiáng)調(diào)指出，用來(lái)代表介質(zhì)屬性的導(dǎo)磁率并不是一個(gè)常數(shù)，而是一個(gè)非線性函數(shù)，它不但與介質(zhì)以及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，而且與溫度還有關(guān)。因此，導(dǎo)磁率所定義的并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的系數(shù)，而是人們正在利用它來(lái)掩蓋住人類至今還沒(méi)有完全揭示的，磁場(chǎng)強(qiáng)度與電磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的內(nèi)在關(guān)系。不過(guò)為了簡(jiǎn)單，當(dāng)我們對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度與電磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行分析的時(shí)候，還是可以把導(dǎo)磁率當(dāng)成一個(gè)常數(shù)來(lái)看待，或者取它的平均值或有效值來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
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2-1-2．開(kāi)關(guān)變壓器工作原理簡(jiǎn)介

對(duì)于開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理與普通變壓器的工作原理是不同的。普通變壓器輸入的交流電壓或電流的正、負(fù)半周波形都是對(duì)稱的，并且輸入電壓和電流波形一般都是連續(xù)的，在一個(gè)周期之內(nèi)，輸入電壓和電流的平均值等于0，這是普通變壓器工作原理的基本特點(diǎn)；而開(kāi)關(guān)變壓器一般都是工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其輸入電壓或電流一般都不是連續(xù)的，而是斷續(xù)的，輸入電壓或電流在一個(gè)周期之內(nèi)的平均值大多數(shù)都不等于0，因此，開(kāi)關(guān)變壓器也稱為脈沖變壓器，這是開(kāi)關(guān)變壓器與普通變壓器在工作原理方面的最大區(qū)別。

除此之外，開(kāi)關(guān)變壓器對(duì)于輸入電壓來(lái)說(shuō)，有單激式和雙激式之分；對(duì)于輸出電壓來(lái)說(shuō)，又有正激式和反激式之分。單激式和雙激式開(kāi)關(guān)電源，或正激式和反激式開(kāi)關(guān)電源，它們使用的開(kāi)關(guān)變壓器，在工作原理方面也有很大的不同。

當(dāng)開(kāi)關(guān)變壓器的輸入電壓為直流脈沖電壓時(shí)，稱為單極性脈沖輸入，這種單極性脈沖輸入的開(kāi)關(guān)電源稱為單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源；當(dāng)開(kāi)關(guān)變壓器的輸入電壓為正、負(fù)交替的脈沖電壓時(shí)，稱為雙極性脈沖輸入，這種雙極性脈沖輸入的開(kāi)關(guān)電源稱為雙激式變壓器開(kāi)關(guān)電源；當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流脈沖電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈正好有功率輸出，這種開(kāi)關(guān)電源稱為正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源；當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正好被直流脈沖電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈沒(méi)有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開(kāi)關(guān)電源稱為反激式開(kāi)關(guān)電源。

設(shè)開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的截面為S，當(dāng)幅度為U、寬度為τ的矩形脈沖電壓施加到開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線圈上時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線圈中就有勵(lì)磁電流流過(guò)；同時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯中就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變壓器的鐵芯就會(huì)被磁化，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下又會(huì)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁力線通量，簡(jiǎn)稱磁通，用“ ”表示；磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通 受磁場(chǎng)強(qiáng)度H的作用而發(fā)生變化的過(guò)程，稱為磁化過(guò)程。所謂的勵(lì)磁電流，就是讓變壓器鐵芯充磁和消磁的電流。

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理，電感線圈中的磁場(chǎng)或磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

式中，N為開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線圈的匝數(shù)； 為變壓器鐵芯的磁通量；B為變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值。

這里引進(jìn)磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值的概念，是因?yàn)樽儔浩麒F芯中的磁通并不是均勻分布，磁感應(yīng)強(qiáng)度與鐵芯或鐵芯截面上的磁通實(shí)際分布有關(guān)。因此，在分析諸如變壓器的某些宏觀特性的時(shí)候，有時(shí)需要使用平均值的概念，以便處理問(wèn)題簡(jiǎn)單。

從（2-4）式可知，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化以等速變化進(jìn)行時(shí)，則可表示：

如果能忽略渦流的影響，則磁場(chǎng)強(qiáng)度H的平均值取決于導(dǎo)磁體材料的性質(zhì)。變壓器初級(jí)線圈內(nèi)的磁化電流 的增長(zhǎng)與H成正比。在特性曲線的直線段內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁化電流 和磁感應(yīng)強(qiáng)度B都以線性變化。

脈沖電壓作用結(jié)束后( t > τ )，變壓器中的磁化電流將按變壓器的輸出電路特性，即電路參數(shù)確定的規(guī)律下降，變壓器鐵芯內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度也相應(yīng)減弱，此時(shí)，在變壓器線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反極性電壓，即反電動(dòng)勢(shì)。變壓器的輸出電路特性實(shí)際上就是第一章中已經(jīng)詳細(xì)介紹過(guò)的正、反激電壓輸出電路特性。

上面分析雖然都是以單極性脈沖輸入為例，但對(duì)雙極性脈沖輸入同樣有效；在方法上，只須把雙極性脈沖輸入看成是兩個(gè)單極性脈沖分別輸入即可。
開(kāi)關(guān)變壓器分單激式開(kāi)關(guān)變壓器和雙激式開(kāi)關(guān)變壓器，兩種開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)并不是完全一樣的。單激式開(kāi)關(guān)變壓器的輸入電壓是單極性脈沖，并且還分正反激電壓輸出；而雙激式開(kāi)關(guān)變壓器的輸入電壓是雙極性脈沖，一般是雙極性脈沖電壓輸出。

另外，為了防止磁飽和，在單激式開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙；而雙激式開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，一般不容易出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，因此，一般都不用留氣隙。

單激式開(kāi)關(guān)變壓器還分正激式和反激式兩種，對(duì)兩種開(kāi)關(guān)變壓器的技術(shù)參數(shù)要求也不一樣；對(duì)正激式開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)電感量要求比較大，而對(duì)反激式開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)電感量的要求，其大小還與輸出功率有關(guān)。

雙激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較大，而單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較小。這些參數(shù)基本上都與變壓器鐵芯的磁化曲線有關(guān)，因此，下面首先對(duì)變壓器鐵芯的磁化過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析。
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2-1-3．脈沖序列對(duì)單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁化

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們把單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源等效成如圖2-1所示電路，其中我們把直流輸入電壓通過(guò)控制開(kāi)關(guān)通、斷的作用，看成是一序列直流脈沖電壓，即單極性脈沖電壓，直接給開(kāi)關(guān)變壓器供電。這里我們特別把變壓器稱為開(kāi)關(guān)變壓器，以表示圖2-1所示電路與一般電源變壓器電路在工作原理方面是有區(qū)別的。

在一般的電源變壓器電路中，當(dāng)電源變壓器兩端的輸入電壓為0時(shí)，表示輸入端是短路的，因?yàn)殡娫磧?nèi)阻可以看作為0；而在開(kāi)關(guān)變壓器電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)變壓器兩端的輸入電壓為0時(shí)，表示輸入端是開(kāi)路的，因?yàn)殡娫磧?nèi)阻可以看作為無(wú)限大。

在圖2-1中，當(dāng)一組序列號(hào)為1、2、3、…的直流脈沖電壓分別加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線圈中就會(huì)有勵(lì)磁電流流過(guò)，同時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯中就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下又會(huì)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁力線通量，簡(jiǎn)稱磁通，用“ ”表示。

在變壓器鐵芯中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通 受磁場(chǎng)強(qiáng)度H的作用而發(fā)生變化的過(guò)程，稱為磁化過(guò)程；因此，用來(lái)描述磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間對(duì)應(yīng)變化的關(guān)系曲線，人們都把它稱為磁化曲線。圖2-2是單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯被磁化時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間對(duì)應(yīng)變化的關(guān)系曲線圖。

在分析變壓器鐵芯的磁化過(guò)程中，經(jīng)常使用磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通密度這兩個(gè)名稱，前面已經(jīng)提到，這兩個(gè)名稱在本質(zhì)上沒(méi)區(qū)別的，可以互相通用，不同場(chǎng)合使用不同名稱，只是為了使用方便。

如果開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯在這之前從來(lái)沒(méi)有被任何磁場(chǎng)磁化過(guò)，并且開(kāi)關(guān)變壓器的伏秒容量足夠大，那么，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)直流脈沖電壓加到變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，在變壓器初級(jí)線圈中將有勵(lì)磁電流流過(guò)，并在變壓器鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)。

在磁場(chǎng)強(qiáng)度H的作用下，變壓器鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B將會(huì)按圖2-2中0-1磁化曲線上升；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)直流脈沖電壓將要結(jié)束時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到第一個(gè)最大值Hm1，同時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度將會(huì)被磁場(chǎng)強(qiáng)度磁化到第一個(gè)最大值Bm1 ；由此產(chǎn)生一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度增量ΔB， 。磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，表示流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行充磁。

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當(dāng)序列脈沖電壓加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，在變壓器鐵芯中會(huì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這磁場(chǎng)完全是由流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流為：

（2-8）式中， 為流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流，U為加到變壓器初級(jí)線圈兩端的電壓，L1為變壓器初級(jí)線圈的電感量，t為時(shí)間， 為初始電流，即t = 0時(shí)刻流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流。

當(dāng)序列脈沖電壓加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，如果脈沖序列的占空系數(shù)（占空比）D滿足磁化電流在后一個(gè)脈沖進(jìn)入前下降為零，即：（2-8）式中的 ，則流過(guò)變壓器初級(jí)線圈電流為臨界連續(xù)或不連續(xù)狀態(tài)，磁化曲線如圖2-2所示。

如果在后一個(gè)脈沖進(jìn)入前，磁化電流不為零，即：（2-8）式中的 ，此時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的初始值也不等于0，即：H(0)>0 ，開(kāi)關(guān)電源工作于電流連續(xù)狀態(tài)，占空比 ，相當(dāng)于在開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線圈或次級(jí)線圈中設(shè)置了一個(gè)偏置電流，圖2-2中的B軸則需要向右平移一段距離。

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)直流脈沖結(jié)束以后，由于加于開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電壓為0（開(kāi)路），流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈中的電流將為0（回路被切斷），但由于開(kāi)關(guān)變壓器鐵心中的磁通 不能因變壓器初級(jí)線圈中勵(lì)磁電流為0而產(chǎn)生突變，此時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器鐵心中存儲(chǔ)的能量（磁能）將在變壓器的初、次級(jí)線圈中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)（反激輸出），此時(shí)，在變壓器的初、次級(jí)線圈回路中都有電流流過(guò)。

流過(guò)變壓器次級(jí)線圈的電流會(huì)給負(fù)載電阻提供功率輸出，與此同時(shí)，流過(guò)變壓器次級(jí)線圈的電流又會(huì)在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，使開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯退磁；而流過(guò)初級(jí)線圈的電流還會(huì)對(duì)初級(jí)線圈中的漏感和分布電容進(jìn)行充、放電，當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，漏感和分布電容在進(jìn)行充、放電的過(guò)程中會(huì)在初級(jí)線圈回路中產(chǎn)生高頻振蕩，同樣，流過(guò)初級(jí)線圈的電流也會(huì)在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，使開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯退磁。

反電動(dòng)勢(shì)的大小與變壓器初、次級(jí)線圈回路中等效電阻的大小有關(guān)，還與勵(lì)磁電流在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)存儲(chǔ)的能量大小有關(guān)，即與 的大小也有關(guān)。

由于反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的感應(yīng)電流會(huì)在變壓器鐵芯中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，使變壓器鐵芯退磁，磁場(chǎng)強(qiáng)度H開(kāi)始由第一最大值Hm1逐步下降到0；但變壓器鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不是按充磁時(shí)的0-1磁化曲線原路返回，跟隨磁場(chǎng)強(qiáng)度下降到零；而是按另一條新的磁化曲線1-2返回到2點(diǎn)，即：返回到第一個(gè)剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br1處。因此，人們都習(xí)慣地把磁感應(yīng)強(qiáng)度位于2點(diǎn)的值，稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度（或剩余磁通密度），簡(jiǎn)稱“剩磁”。變壓器鐵芯有剩磁，說(shuō)明變壓器鐵芯有記憶特性，這是鐵磁材料的基本特性。

磁場(chǎng)強(qiáng)度H下降到零，但變壓器鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B不能跟隨磁場(chǎng)強(qiáng)度下降到零，而只能下降到原磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線上的某個(gè)值（剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度），這種現(xiàn)象稱為變壓器鐵芯具有磁矯頑力，簡(jiǎn)稱矯頑力，用Hc表示。變壓器鐵芯具有磁矯頑力，這是鐵磁材料或磁性材料最基本的性質(zhì)。

同理，當(dāng)?shù)诙€(gè)直流脈沖加到變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，變壓器鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B將按圖2-2中新的磁化曲線2-3上升，磁感應(yīng)強(qiáng)度被磁場(chǎng)強(qiáng)度磁化到第二個(gè)最大值Bm2，使磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生一個(gè)增量ΔB，  。

第二個(gè)直流脈沖結(jié)束以后，流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流下降到零，變壓器初、次級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，又會(huì)使磁感應(yīng)強(qiáng)度按另一條新的退磁化曲線3-4返回到第二個(gè)剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br2處；當(dāng)然，Br2同樣也只是變壓器鐵芯被退磁時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化過(guò)程中的又一個(gè)臨時(shí)剩余值。

其余依次類推，第3、4個(gè)直流脈沖電壓同樣也會(huì)讓磁感應(yīng)強(qiáng)度增加一個(gè)增量ΔB ，即：

（2-9）式中，ΔB為磁感應(yīng)強(qiáng)度增量。由于輸入脈沖的幅度U和寬度τ分別與磁感應(yīng)強(qiáng)度增量ΔB和磁場(chǎng)強(qiáng)度增量ΔH的大小相對(duì)應(yīng)，只要作用于開(kāi)關(guān)變壓器線圈上的脈沖電壓的幅度U和脈沖寬度τ不變，則流過(guò)變壓器次級(jí)線圈回路中的電流也不變，這只是在導(dǎo)磁率為常數(shù)的情況下；但由于導(dǎo)磁率不是一個(gè)常數(shù)，即變壓器鐵芯磁化曲線的非線性，致使經(jīng)過(guò)若干個(gè)脈沖序列之后，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 和剩磁 就會(huì)相對(duì)穩(wěn)定在某個(gè)值上。此時(shí)剩磁 對(duì)應(yīng)每個(gè)輸入直流脈沖的起點(diǎn)（0電壓），而最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 對(duì)應(yīng)每個(gè)直流脈沖的終點(diǎn)（電壓最大值）。

由于流過(guò)變壓器次級(jí)線圈回路中的電流會(huì)在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中產(chǎn)生反磁通，會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯起退磁作用，因此，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中的剩磁 和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 在磁化曲線上的位置，除了與輸入脈沖的幅度U以及寬度τ的大小有關(guān)外，還與流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)線圈回路中的電流大小有關(guān)；而流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)線圈回路中的電流除了與負(fù)載大小有關(guān)外，還與輸入直流脈沖的占空比D的大小也有關(guān)。

由此可知，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中的剩磁 和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 在磁化曲線上的位置，與輸入脈沖的幅度U和寬度τ，以及占空比D的大小和輸出負(fù)載的大小，均有關(guān)系......

未完待續(xù)：下文將接著為大家介紹：《脈沖序列對(duì)單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵心的磁化》的余下內(nèi)容以及“開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的導(dǎo)磁率”、“變壓器鐵心的初始磁化曲線”，請(qǐng)耐心等待......

——關(guān)于變壓器初、次級(jí)線圈會(huì)同時(shí)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行退磁的概念，請(qǐng)參考第一章《1-5-1．單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理》部分的內(nèi)容。

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