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脈沖序列對單激式開關電源變壓器鐵芯的磁化

鉅大LARGE  |  點擊量:953次  |  2020年05月19日  

為了簡單起見,我們把單激式變壓器開關電源等效成如圖2-1所示電路,其中我們把直流輸入電壓通過控制開關通、斷的用途,看成是一序列直流脈沖電壓,即單極性脈沖電壓,直接給開關變壓器供電。這里我們特別把變壓器稱為開關變壓器,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還有差別的。


在一般的電源變壓器電路中,當電源變壓器兩端的輸入電壓為0時,表示輸入端是短路的,因為電源內阻可以看作為0;而在開關變壓器電路中,當開關變壓器兩端的輸入電壓為0時,表示輸入端是開路的,因為電源內阻可以看作為無限大。


在圖2-1中,當一組序列號為1、2、3、…的直流脈沖電壓分別加到開關變壓器初級線圈a、b兩端時,在開關變壓器的初級線圈中就會有勵磁電流流過,同時,在開關變壓器的鐵芯中就會出現磁場,在磁場強度為H的磁場用途下又會出現磁通密度為B的磁力線通量,簡稱磁通,用“Φ”表示。


在變壓器鐵芯中,磁通密度B或磁通Φ受磁場強度H的用途而發生變化的過程,稱為磁化過程;因此,用來描述磁通密度B與磁場強度H之間對應變化的關系曲線,人們都把它稱為磁化曲線。圖2-2是單激式開關變壓器鐵芯被磁化時,磁通密度B與磁場強度H之間對應變化的關系曲線圖。


順便指出,在分析變壓器鐵芯的磁化過程中,經常使用磁通密度和磁感應強度這兩個名稱,這兩個名稱在本質上沒差別,互相可以通用,不同場合使用不同名稱,只是為了使用方便。


假如開關變壓器的鐵芯在這之前從來沒有被任何磁場磁化過,并且開關變壓器的伏秒容量足夠大,那么,當第一個直流脈沖電壓加到變壓器初級線圈a、b兩端時,在變壓器初級線圈中將有勵磁電流流過,并在變壓器鐵芯中出現磁場。


在磁場強度H的用途下,變壓器鐵芯中的磁感應強度B將會按圖2-2中0-1磁化曲線上升;當第一個直流脈沖電壓將要結束時,磁場強度達到第一個最大值Hm1,同時磁感應強度將會被磁場強度磁化到第一個最大值Bm1;由此出現一個磁感應強度增量ΔB,ΔB=Bm1-0。磁感應強度新增,表示流過變壓器初級線圈中的勵磁電流出現的磁場在對變壓器鐵芯進行充磁。


當序列脈沖電壓加到開關變壓器初級線圈a、b兩端時,在變壓器鐵芯中會出現的磁場,這磁場完全是由流過變壓器初級線圈的勵磁電流出現的,流過變壓器初級線圈的勵磁電流為:


(2-8)式中,iμ為流過變壓器初級線圈的勵磁電流,E為加到變壓器初級線圈兩端的電壓,L1為變壓器初級線圈的電感量,t為時間,iμ(0)為初始電流,即t=0時流過變壓器初級線圈的勵磁電流。


假如脈沖序列的占空系數(占空比)滿足磁化電流在后一個脈沖進入前下降為零,即開關電源工作于電流臨界持續或不持續狀態。


當第一個直流脈沖結束以后,由于開關變壓器初級線圈開路,雖然流過變壓器初級線圈中的勵磁電流下降到零,但磁場強度H不會馬上下降到零;此時,變壓器的初、次級線圈會同時出現反電動勢,由于反電動勢的用途,在變壓器的初、次級線圈回路中都會有電流流過,這種回路電流屬于感應電流,或稱感生電流。


當第一個直流脈沖結束時,假如開關變壓器初級線圈不開路,反電動勢會對輸入電壓進行反充電;假如開關變壓器初級線圈是開路的,反電動勢會對初級線圈中的分布電容進行充放電,從而會在初級線圈內部出現高頻振蕩。


由反電動勢出現的感應電流會在變壓器鐵芯中出現反向磁場,使變壓器鐵芯退磁,磁場強度H開始由第一最大值Hm1逐步下降到0;但變壓器鐵芯中的磁通密度B并不是按充磁時的0-1磁化曲線原路返回,跟隨磁場強度下降到零,而是按另一條新的磁化曲線1-2返回到2點;即:第一個剩余磁通密度Br1處。因此,人們都習慣地把磁通密度位于2點的值,稱為剩余磁通密度,或簡稱“剩磁”。變壓器鐵芯有剩磁說明變壓器鐵芯有記憶特性,這是鐵磁材料的基本特性。


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