開關(guān)變壓器講解之直流脈沖對(duì)鐵芯的磁化

直流脈沖對(duì)鐵芯的磁化過程類似電容器充、放電，不同之處在于當(dāng)電流消失之后鐵芯中存在剩磁。經(jīng)過N個(gè)直流脈沖之后，磁通密度和磁場強(qiáng)度以及磁矯頑力三者之間會(huì)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)，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(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。具體分析請(qǐng)看文中圖形。

為了簡單起見，我們把單激式變壓器開關(guān)電源等效成如圖2-1所示電路，其中我們把直流輸入電壓通過控制開關(guān)通、斷的作用，看成是一序列直流脈沖電壓，即單極性脈沖電壓，直接給開關(guān)變壓器供電。這里我們特別把變壓器稱為開關(guān)變壓器，以表示圖2-1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。

在一般的電源變壓器電路中，當(dāng)電源變壓器兩端的輸入電壓為0時(shí)，表示輸入端是短路的，因?yàn)殡娫磧?nèi)阻可以看作為0;而在開關(guān)變壓器電路中，當(dāng)開關(guān)變壓器兩端的輸入電壓為0時(shí)，表示輸入端是開路的，因?yàn)殡娫磧?nèi)阻可以看作為無限大。

在圖2-1中，當(dāng)一組序列號(hào)為1、2、3、…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，在磁場強(qiáng)度為H的磁場作用下又會(huì)產(chǎn)生磁通密度為B的磁力線通量，簡稱磁通，用“”表示。

在變壓器鐵芯中，磁通密度B或磁通受磁場強(qiáng)度H的作用而發(fā)生變化的過程，稱為磁化過程;因此，用來描述磁通密度B與磁場強(qiáng)度H之間對(duì)應(yīng)變化的關(guān)系曲線，人們都把它稱為磁化曲線。圖2-2是單激式開關(guān)變壓器鐵芯被磁化時(shí)，磁通密度B與磁場強(qiáng)度H之間對(duì)應(yīng)變化的關(guān)系曲線圖。

順便指出，在分析變壓器鐵芯的磁化過程中，經(jīng)常使用磁通密度和磁感應(yīng)強(qiáng)度這兩個(gè)名稱，這兩個(gè)名稱在本質(zhì)上沒區(qū)別，互相可以通用，不同場合使用不同名稱，只是為了使用方便。

如果開關(guān)變壓器的鐵芯在這之前從來沒有被任何磁場磁化過，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。

在磁場強(qiáng)度H的作用下，變壓器鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B將會(huì)按圖2-2中0-1磁化曲線上升;當(dāng)?shù)谝粋€(gè)直流脈沖電壓將要結(jié)束時(shí)，磁場強(qiáng)度達(dá)到第一個(gè)最大值Hm1，同時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度將會(huì)被磁場強(qiáng)度磁化到第一個(gè)最大值Bm1;由此產(chǎn)生一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度增量ΔB，ΔB=Bm1-0。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)生的磁場在對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行充磁。

當(dāng)序列脈沖電壓加到開關(guān)變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，在變壓器鐵芯中會(huì)產(chǎn)生的磁場，這磁場完全是由流過變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，流過變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流為：