開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(1)(存儲(chǔ)版)
【正文】 矩形脈沖時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在變壓器鐵芯中將產(chǎn)生一個(gè)磁通密度增量與之對(duì)應(yīng)，即：△B=U*τ/NS （27）如果能忽略渦流影響，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)。另外，為了防止磁飽和，在單激式開關(guān)電源變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙；而雙激式開關(guān)電源變壓器的鐵芯磁通密度變化范圍相對(duì)來(lái)說比較大，一般不容易出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，因此，一般都不用留氣隙。在圖21中，當(dāng)一組序列號(hào)為…的直流脈沖電壓分別加到開關(guān)變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，在開關(guān)變壓器的初級(jí)線圈中就會(huì)有勵(lì)磁電流流過，同時(shí)，在開關(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)生磁通密度為B的磁力線通量，簡(jiǎn)稱磁通，用“Φ ”表示。如果脈沖序列的占空系數(shù)（占空比）滿足磁化電流在后一個(gè)脈沖進(jìn)入前下降為零，即開關(guān)電源工作于電流臨界連續(xù)或不連續(xù)狀態(tài)。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)。此時(shí)Br對(duì)應(yīng)每個(gè)輸入直流脈沖的起點(diǎn)，Bm對(duì)應(yīng)每個(gè)直流脈沖的終點(diǎn)。脈沖導(dǎo)磁率μ△ 與平均導(dǎo)磁率μa 的區(qū)別在于：一般脈沖變壓器輸入脈沖電壓的幅度以及寬度基本上都是固定的，并且是單極性脈沖，其磁滯回線的面積相對(duì)來(lái)說很小，因此，鐵芯的脈沖導(dǎo)磁率μ△幾乎可以看成是一個(gè)常數(shù)；而開關(guān)變壓器輸入脈沖電壓的幅度以及寬度都不是固定的，其磁滯回線的面積相對(duì)來(lái)說變化比較大，鐵芯導(dǎo)磁率的變化范圍也很大，特別是雙激式開關(guān)變壓器，因此，只能用平均導(dǎo)磁率μa的概念來(lái)描述。當(dāng)變壓器的伏秒容量很小時(shí)，可能只需要一個(gè)直流脈沖，就可以使磁通密度達(dá)到最大值Bm ，甚至?xí)棺儔浩麒F芯出現(xiàn)磁飽和。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；這同時(shí)也說明變壓器鐵芯鐵芯的磁化過程是不可逆的。這就是為什么，變壓器鐵芯中的最大磁通密度Bm和剩余磁通密度Br最終能夠分別穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值之上的主要原因。電容器充滿電后，如果電源斷開，不再對(duì)電容器繼續(xù)充電，則電容器會(huì)對(duì)負(fù)載放電，并且放電過程將會(huì)一直進(jìn)行下去，直到電容器存儲(chǔ)的電荷全部釋放光為止；而變壓器鐵芯被磁化到磁通密度的最大值Bm后，變壓器初、次級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，以及其感應(yīng)電流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行退磁，卻不能使磁通密度由最大值Bm退回到零，而只能退回到剩余磁通密度Br 。至于要經(jīng)過多少個(gè)直流脈沖電壓之后，開關(guān)變壓器鐵芯中的磁通密度才達(dá)到最大值Bm，這個(gè)與直流脈沖電壓的幅度有關(guān)，而且與直流脈沖電壓的脈沖寬度還有關(guān)，即與開關(guān)變壓器的伏秒容量大小有關(guān)。由于脈沖導(dǎo)磁率的使用范圍比較小，對(duì)于開關(guān)變壓器我們同樣也可以用平均導(dǎo)磁率μa的概念取而待之。顯然，局部磁滯回線固定于什么位置，對(duì)某種材料來(lái)說只取決于?B值的大小?！P(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《151．單激式變壓器開關(guān)電源的工作原理》部分的內(nèi)容。磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，表示流過變壓器初級(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。這里我們特別把變壓器稱為開關(guān)變壓器，以表示圖21所示電路與一般電源變壓器電路在工作原理方面還有區(qū)別的。開關(guān)電源變壓器分單激式開關(guān)電源變壓器和雙激式開關(guān)電源變壓器，兩種開關(guān)電源變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)并不是完全一樣的。從（24）式可知，磁通密度的變化以等速變化進(jìn)行，即：dB/dt=U/NS （25）假定磁通密度的初始值為B(0) = Bo（取t = 0），當(dāng)t 0時(shí)，磁通密度以線性規(guī)律增長(zhǎng)，磁通密度以線性規(guī)律增長(zhǎng)，即：B=B0+U*t/NS （26）當(dāng)t = τ時(shí)，即時(shí)間達(dá)到脈沖的后沿時(shí)，磁通密度達(dá)到最大值Bm = B(τ)。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。當(dāng)時(shí)的CGSM制和高斯單位制中真空磁導(dǎo)率μ0是無(wú)量綱的純數(shù)1，所以，真空中的B和H沒有什么區(qū)別，致使一度B和H都用同一個(gè)單位——高斯。其中，1特斯拉等于10000高斯（1T = 104Gs），1韋伯等于10000麥克斯韋（1Wb = 10的4次方Mx）。電磁感應(yīng)強(qiáng)度一般簡(jiǎn)稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。這個(gè)代表介質(zhì)屬性的系數(shù)人們把它稱為導(dǎo)磁率。現(xiàn)代磁學(xué)研究表明：一切磁現(xiàn)象都起源于電流。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。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。其實(shí)介質(zhì)的導(dǎo)磁率也不是通過作用力來(lái)測(cè)量的，而是通過電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量的。如果磁通密度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）。AIEE原來(lái)的提案是把高斯作為磁通密度B的單位，由于翻譯成法文時(shí)誤譯為磁場(chǎng)強(qiáng)度，
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