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      變壓器

      開關(guān)變壓器工作原理

      發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:120

        對于開關(guān)變壓器的工作原理與普通變壓器的工作原理是不同的。普通變壓器輸入的交流電壓或電流的正、負(fù)半周波形都是對稱的,并且輸入電壓和電流波形一般都是連續(xù)的,在一個周期之內(nèi),輸入電壓和電流的平均值等于0,這是普通變壓器工作原理的基本特點;而開關(guān)變壓器一般都是工作于開關(guān)狀態(tài),其輸入電壓或電流一般都不是連續(xù)的,而是斷續(xù)的,輸入電壓或電流在個周期之內(nèi)的平均值大多數(shù)都不等于0,因此,開關(guān)變壓器也稱為脈沖變壓器,這是開關(guān)變壓器與普通變壓器在工作原理方面的最大區(qū)別。

        除此之外,開關(guān)變壓器對于輸入電壓來說,有單激式和雙激式之分:對于輸出電壓來說,又有正激式和反激式之分。單激式和雙激式開關(guān)電源,或正激式和反激式開關(guān)電源,它們使用的開關(guān)變壓器,在工作原理方面也有很大的不同。

        當(dāng)開關(guān)變壓器的輸入電壓為直流脈沖電壓時,稱為單極性脈沖輸入,這種單極性脈沖輸入的開關(guān)電源稱為單激式變壓器開關(guān)電源:當(dāng)開關(guān)變壓器的輸入電壓為正、負(fù)交替的脈沖電壓時,稱為雙極性脈沖輸入,這種雙極性脈沖輸入的開關(guān)電源稱為雙激式變壓器開關(guān)電源;當(dāng)變壓器的初級線圈正在被直流脈沖電壓激勵時,變壓器的次級線圈正好有功率輸出,這種開關(guān)電源稱為正激式變壓器開關(guān)電源;當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流脈沖電壓激勵時,變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出,而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出,這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。

      變壓器.jpg  

        設(shè)開關(guān)變壓器鐵芯的截面為S,當(dāng)幅度為U、寬度為τ的矩形脈沖電壓施加到開關(guān)變壓器的初級線圈上時,在開關(guān)變壓器的初級線圈中就有勵磁電流流過:同時,在開關(guān)變壓器的鐵芯中就會產(chǎn)生磁場,變壓器的鐵芯就會被磁化,在磁場強(qiáng)度為H的磁場作用下又會產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁力線通量,簡稱磁通,用“”表示:磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通φ受磁場強(qiáng)度H的作用而發(fā)生變化的過程,稱為磁化過程。所謂的勵磁電流,就是讓變壓器鐵芯充磁和消磁的電流。

        根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理,電感線圈中的磁場或磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時,將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢:線圈中感應(yīng)電動勢為:

        U=NdΦ/dt=NSdB/dt(1)

        式中,N為開關(guān)變壓器的初級線圈的匝數(shù):Φ=SB為變壓器鐵芯的磁通量;B為變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值。

        這里引進(jìn)磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值的概念,是因為變壓器鐵芯中的磁通并不是均勻分布,磁感應(yīng)強(qiáng)度與鐵芯或鐵芯截面上的磁通實際分布有關(guān)。因此,在分析諸如變壓器的某些宏觀特性的時候,有時需要使用平均值的概念,以便處理問題簡單

        從(1)式可知,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化以等速變化進(jìn)行時,則可表示:

        dB/dt=Ut/NS(2)

        假定磁感應(yīng)強(qiáng)度的初始值為B(0)=B。(t=0),當(dāng)t》0時,磁感應(yīng)強(qiáng)度以線性規(guī)律增長,磁感應(yīng)強(qiáng)度以線性規(guī)律增長,即:

        B=B。+Ut/NS(3)

        當(dāng)t=τ時,即時間達(dá)到脈沖的后沿時,磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到最大值Bm=B(τ)磁感應(yīng)強(qiáng)度增量(磁感應(yīng)強(qiáng)度初始值和最終值之差)△B=B(τ)-B(0)=Bm-B0

        當(dāng)輸入電壓是一序列單極性矩形脈沖時,根據(jù)電磁感應(yīng)定律,在變壓器鐵芯中將產(chǎn)生一個磁感應(yīng)強(qiáng)度增量與之對應(yīng),即:

        △B=Uτ/NS(4)

        如果能忽略渦流的影響,則磁場強(qiáng)度H的平均值取決于導(dǎo)磁體材料的性質(zhì)。變壓器初級線圈內(nèi)的磁化電流的增長與H成正比。在特性曲線的直線段內(nèi)磁場強(qiáng)度H、磁化電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度B都以線性變化。

        脈沖電壓作用結(jié)束后(t》τ),變壓器中的磁化電流將按變壓器的輸出電路特性,即電路參數(shù)確定的規(guī)律下降,變壓器鐵芯內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度也相應(yīng)減弱,此時,在變壓器線圈內(nèi)會產(chǎn)生反極性電壓,即反電動勢。

        上面分析雖然都是以單極性脈沖輸入為例,但對雙極性脈沖輸入同樣有效:在方法上,只須把雙極性脈沖輸入看成是兩個單極性脈沖分別輸入即可。

        開關(guān)變壓器分單激式開關(guān)變壓器和雙激式開關(guān)變壓器,兩種開關(guān)變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)并不是完全一樣的。單激式開關(guān)變壓器的輸入電壓是單極性脈沖,并且還分正反激電壓輸出:而雙激式開關(guān)變壓器的輸入電壓是雙極性脈沖,一般是雙極性脈沖電壓輸出。

        另外,為了防止磁飽和,在單激式開關(guān)變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙;而雙激式開關(guān)變壓器的鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍相對來說比較大,一般不容易出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象,因此,一般都不用留氣單激式開關(guān)變壓器還分正激式和反激式兩種,對兩種開關(guān)變壓器的技術(shù)參數(shù)要求也不一樣:對正激式開關(guān)變壓器的初級電感量要求比較大,而對反激式開關(guān)變壓器初級電感量的要求,其大小還與輸出功率有關(guān)。

        雙激式開關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較大,而單激式開關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較小。這些參數(shù)基本上都與變壓器鐵芯的磁化曲線有關(guān)。

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