開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(1)-全文預(yù)覽
【正文】 設(shè)計(jì)（連載48）開關(guān)變壓器的工作原理星期日, 08/02/2009 20:43 — 陶顯芳211．開關(guān)變壓器的工作原理開關(guān)變壓器一般都是工作于開關(guān)狀態(tài)；當(dāng)輸入電壓為直流脈沖電壓時(shí)，稱為單極性脈沖輸入，如單激式變壓器開關(guān)電源；當(dāng)輸入電壓為交流脈沖電壓時(shí)，稱為雙極性脈沖輸入，如雙激式變壓器開關(guān)電源；因此，開關(guān)變壓器也可以稱為脈沖變壓器，因?yàn)槠漭斎腚妷菏且恍蛄忻}沖；不過要真正較量起來的時(shí)候，開關(guān)變壓器與脈沖變壓器在工作原理上還是有區(qū)別的，因?yàn)殚_關(guān)變壓器還分正、反激輸出，這一點(diǎn)后面還將詳細(xì)說明。即可把CGSM單位制轉(zhuǎn)換成SI單位制，一般可寫成uu0 或uru0 ，看到這個(gè)符號(hào)即可知道是采用SI單位制；但這里的u或ur一般稱為相對(duì)導(dǎo)磁率，是一個(gè)不帶單位的系數(shù)，而u0 則要帶單位。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、開爾文和坎德拉，命名為國(guó)際單位制，并以SI(法文Le System International el39。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)度的單位名稱為高斯，這實(shí)際上是一場(chǎng)誤會(huì)。至此，已經(jīng)說明，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。磁力線通量密度可簡(jiǎn)稱為磁通密度，因此，電磁感應(yīng)強(qiáng)度又可以表示為：磁通密度B = Φ/S （23）（23）式中，磁通密度B的單位為特斯拉（T），磁通量Φ 的單位為韋伯（Wb），面積的單位為平方米（m2）。（22）式中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位為特斯拉（T）， μ為導(dǎo)磁率，單位為亨/米（H/m），在真空中的導(dǎo)磁率記為u0 ，u0 = 1。但很多書上都用上面定義磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法來定義電磁感應(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)，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)?；颍涸谡婵罩写怪庇诖艌?chǎng)方向的1米長(zhǎng)的導(dǎo)線，通過1安培的電流，受到磁場(chǎng)的作用力為1牛頓時(shí)，通過導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)強(qiáng)度就是1奧斯特(Oersted)。幸好，電磁感應(yīng)強(qiáng)度不但與流過單位長(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)。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。在分析開關(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以及磁通量等概念，為此，這里我們首先簡(jiǎn)單介紹它們的定義和概念。開關(guān)電源變壓器是開關(guān)電源中的關(guān)鍵器件，因此，在這一節(jié)中我們將非常詳細(xì)地對(duì)與開關(guān)電源變壓器相關(guān)的諸多技術(shù)參數(shù)進(jìn)行理論分析。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。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單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電流的概念來定義磁場(chǎng)強(qiáng)度，但這個(gè)概念本應(yīng)該是用來定義電磁感應(yīng)強(qiáng)度的，因?yàn)殡姶艌?chǎng)是可以互相產(chǎn)生感應(yīng)的。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。所不同的是磁場(chǎng)強(qiáng)度H與介質(zhì)的屬性無關(guān)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B卻與介質(zhì)的屬性有關(guān)。磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B由下面公式表示：磁場(chǎng)強(qiáng)度H = F/I*l （21）磁感應(yīng)強(qiáng)度B = μ*H （22）（21）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l 的單位為米（m）。由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來表示，故磁感應(yīng)強(qiáng)度B又可定義為磁力線通量的密度，即：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)的磁力線通量。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。磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的概念一直以來都比較混亂，這是有歷史原因的。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μ0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，以奧斯特作為H的單位。因此，只需要在CGSM單位制前面乘以一個(gè)系數(shù)。不過為了簡(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)來看待，或者取它的平均值或有效值來進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理，電感線圈中的磁場(chǎng)或磁通密度發(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：U=NdΦ/dt=NS*dB/dt （24）式中，N為開關(guān)變壓器的初級(jí)線圈的匝數(shù)； Φ為變壓器鐵芯的磁通量；B為變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)
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