開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(1)(參考版)
2025-01-16 17:05本頁面
【正文】 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。磁矯頑力與導(dǎo)磁率一樣，也是人們用來掩蓋住人類至今還沒有完全揭示的，磁場(chǎng)強(qiáng)度與電磁通密度之間內(nèi)在關(guān)系的概念。變壓器鐵芯的磁矯頑力Hc與剩余磁通密度Br的概念是不一樣的，從磁矯頑力的定義來說，磁矯頑力Hc就是變壓器鐵芯退磁時(shí)，由最大剩余磁通密度Brm下降到0，對(duì)應(yīng)所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度，不過這里的最大剩余磁通密度Brm是指變壓器鐵芯達(dá)到磁飽和時(shí)所產(chǎn)生的剩余磁通密度Br ，因?yàn)橐话阋饬x的剩余磁通密度Br都是對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)最大磁通密度來說的。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。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 。當(dāng)變壓器鐵芯中的磁通密度出現(xiàn)飽和的時(shí)候，磁通密度B或磁通將不會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度或勵(lì)磁電流的增加而增加，此時(shí)的最大磁通密度一般稱為飽和磁通密度，用Bs表示，對(duì)應(yīng)的磁通密度增量用ΔBs表示。因此，變壓器的伏秒容量對(duì)于變壓器設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的參數(shù)。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。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)。這樣，我們把磁化曲線所對(duì)應(yīng)的Br值稱為剩磁（或剩余磁通密度），而磁化曲線所對(duì)應(yīng)的Bm值稱為磁通密度的最大值。當(dāng)變壓器鐵芯被磁化時(shí)產(chǎn)生的磁通密度增量與變壓器鐵芯被退磁時(shí)產(chǎn)生的磁通密度增量（負(fù)值）完全相等的時(shí)候，變壓器鐵芯中的最大磁通密度Bm和剩余磁通密度Br就會(huì)分別穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值之上。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的概念來描述。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。在直流狀態(tài)條件下，（210）式不成立。例如：當(dāng)電源電壓對(duì)電容充電時(shí)，電容兩端的電壓會(huì)上升；當(dāng)電源斷開的時(shí)候，電容就會(huì)對(duì)負(fù)載放電，其兩端電壓就會(huì)下降；當(dāng)電容充電的電荷與放電的電荷完全相等的時(shí)候，電容兩端電壓紋波就會(huì)穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值之上。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)。顯然，局部磁滯回線固定于什么位置，對(duì)某種材料來說只取決于?B值的大小。但在直流脈沖的幅度和寬度不變的情況下，磁通密度的增量ΔB不改變，并不意味著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增量可以保證不變，這是磁強(qiáng)度度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的一個(gè)重要區(qū)別。第二個(gè)直流脈沖結(jié)束以后，流過變壓器初級(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)使磁通密度按另一條新的退磁化曲線34返回到第二個(gè)剩余磁通密度Br2處；當(dāng)然，Br2同樣也只是變壓器鐵芯被退磁時(shí)磁通密度變化過程中的又一個(gè)臨時(shí)剩余值。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)?！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。因此，人們都習(xí)慣地把磁通密度位于2點(diǎn)的值，稱為剩余磁通密度，或簡(jiǎn)稱“剩磁”。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)直流脈沖結(jié)束時(shí)，如果開關(guān)變壓器初級(jí)線圈不開路，反電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)輸入電壓進(jìn)行反充電；如果開關(guān)變壓器初級(jí)線圈是開路的，反電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)初級(jí)線圈中的分布電容進(jìn)行充放電，從而會(huì)在初級(jí)線圈內(nèi)部產(chǎn)生高頻振蕩。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)。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。如果開關(guān)變壓器的鐵芯在這之前從來沒有被任何磁場(chǎng)磁化過，并且開關(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，并在變壓器鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)。圖22是單激式開關(guān)變壓器鐵芯被磁化時(shí)，磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間對(duì)應(yīng)變化的關(guān)系曲線圖。在圖21中，當(dāng)一組序列號(hào)為…的直流脈沖電壓分
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