開關(guān)電源原理與設(shè)計(1)(參考版)
2025-06-09 22:26本頁面
【正文】 由圖 22我們可以看出，隨著磁通密度的增加，需要 磁場強度增加更大，因為鐵芯的導磁率會隨著磁場強度的增大反而變小，而鐵芯的磁矯頑力也不會因磁場強度的增大而增大，它總會有一個極限值；當變壓器線圈中產(chǎn)生反電動勢和感應電流，感應電流產(chǎn)生的反向磁場對變壓器鐵芯進行退磁時，鐵芯的導磁率和磁矯頑力的增量反而會向增大的方向變化，因此，對于每輸入一個脈沖電壓，總可以在磁通密度和磁場強度以及磁矯頑力三者之間找到一個動態(tài)平衡點，使變壓器鐵芯中的最大磁通密度 Bm和剩余磁通密度 Br 能夠達到相對穩(wěn)定 。 因此，嚴格來說，磁矯頑力也是隨著磁場強度 H大小改變的，它與磁通密度一樣，會隨著磁場強度 H的增大，而趨于飽和。 但我們不要理解為 ，只有變壓器鐵芯達到磁飽和后，才會有磁矯頑力；在變壓器鐵芯被磁化的過程中，磁矯頑力從始至終都是存在的，只不過與習慣上定義的 Hc在數(shù)值上不一樣。變壓器鐵芯存在磁矯頑力這是鐵磁材料或磁性材料最基本的性質(zhì)；不同性質(zhì)的磁性材料，其具有的磁矯頑力大小也不同；一般變壓器鐵芯都選用磁矯頑力較小的鐵磁物質(zhì)為制造材料。 當磁場強度 H下降到零時，變壓器鐵芯中的磁通密度不能跟隨返回到零，而只能退回到剩余磁通密度 Br 。 這里還需補充說明：變壓器鐵芯充磁和退磁的過程雖然與電容器充放電的過程很相似，但還是有很大區(qū)別的。 如果變壓器的伏秒容量取得比較小，而加到變壓器初級線圈 a、 b兩端的直流脈沖電壓幅度又比較高，且脈沖寬度也比較寬，則流過變壓器初級線圈的勵磁電流將很大；此時，變壓器鐵芯中的磁通密度將很容易出現(xiàn)飽和。 變壓器的伏秒容量對磁化曲線的影響非常大，變壓器的伏秒容量越大，對應每個直流脈沖電壓產(chǎn)生的磁通密度增量 ΔB相對也越小，磁通密度的最大值 Bm也越??；同樣一種變壓器鐵芯材料，選取不同的變壓器的伏秒容量，對應的 Bm 值和 Br 值也是不一樣的。開關(guān)變壓器的伏秒容量越大，對應每個直流 脈沖產(chǎn)生的磁通密度增量 ΔB數(shù)值就越小，因此，需要直流脈沖的個數(shù)就越多；反之，變壓器的伏秒容量越小，需要直流脈沖的個數(shù)也越少。 不過，變壓器鐵芯磁化曲線中最大磁通密度 Bm以及剩余磁通密度 Br的值不是一成不變的，它們會隨著輸入脈沖電壓的幅度以及脈沖寬度的改變而改變；只有在輸入脈沖電壓的幅度以及脈沖寬度基本保持不變的情況下，變壓器鐵芯磁化曲線中的最大磁通密度 Bm以及剩余磁通密度 Br的值才會基本保持不變。 此時，我們可稱，變壓器鐵芯磁化過程已經(jīng)進入了基本穩(wěn)定狀態(tài)，即：每輸入一個直流脈沖電壓，變壓器鐵芯中的磁通密度都會產(chǎn)生一個磁通密度增量 ΔB， ΔB = Bm－ Br ，當直流脈沖結(jié)束以后，磁通密度又從最大值 Bm 回到剩余磁通密度 Br 的位置。 勵磁電流或磁場強度對變壓器鐵芯進行磁化時也具有類似電容器充、放電的特點：當變壓器初級線圈中的勵磁電流產(chǎn)生的磁場強度對變壓器鐵芯進行磁化時，磁通密度就會增加，相當于對電容器充電；當變壓器初級線圈中的勵磁電流為零時，變壓器初、次級線圈會產(chǎn)生反電動勢，其感應產(chǎn)生的電流就會產(chǎn)生反向磁場對變壓器鐵芯進行退磁，使磁通密度下降，與充電電容器對負載放電的情 況很類似。即： μa=ΔBa/?Ha—— 開關(guān)變壓器 （ 212） （ 212）式中， μa為開關(guān)變壓器的平均導磁率； ΔBa為開關(guān)變壓器鐵芯中的平均磁通密度增量； ?Ha為開關(guān)變壓器鐵芯中的平均磁場強度增量。 磁場強度增量 ?H和磁通密度增量 ?B的對應關(guān)系還可以用下式表示： μ△ =ΔB/?H—— 脈沖變壓器 （ 211） （ 211）式中， μ△ 稱為脈沖靜態(tài)磁化系數(shù)，或脈沖變壓器的脈沖導磁 率。 用 ?H表示磁場強度增量，它在固定局部磁滯回線上磁通密度增量 ?B相對應，即它們之間可用下面關(guān)系式表示： ΔB = f(?H) （ 210） （ 210）式稱為磁場強度增量 ?H與磁通密度增量 ?B的脈沖靜態(tài)特性關(guān)系。 磁通密度達到最大值 Bm后不再繼續(xù)增加是可以理解的，因為，磁通密度和磁場強度既可以是勢能也可以是位能，兩者可以互相轉(zhuǎn)換，它們與電容充放電的過程是很相似的。如果 ?B足夠大，則局部磁滯回線的最低點位于最大局部磁滯回線的剩余磁通密度點 Br點處。 經(jīng)過 n個直流脈沖電壓之后，變壓器鐵芯中的最大磁通密度 Bm和剩余磁通密度 Br 才能基本穩(wěn)定在某個數(shù)值之上，即：脈沖序列的作用達到穩(wěn)定狀態(tài)后，磁化過程將沿原始曲線上某一固定局部磁滯回線 n點重復；這時剩余磁通密度為 Br n(Br n= Br)，磁通密度變化無論磁場強度增長或 降低，其 ΔB值基本不變。 其余依次類推，第 4個直流脈沖電壓同樣也會讓磁通密度增加一個增量 ΔB ，即： ΔB = Bm3－ Br2 = Bm4－ Br3 = Bm1－ 0 （ 29） （ 29）式中， ΔB為磁通密度增量；只要作用于開關(guān)變壓器線圈上的脈沖電壓的幅度 U和脈沖寬度 τ不變，則變壓器鐵芯片的磁化過程就會在磁通密度增量為常數(shù)（ ?B = 常數(shù)）的條件下進行。同理，當
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