開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理與設計

2-1．開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理

現代電子設備對開(kāi)關(guān)電源的工作效率、體積以及電磁兼容和安全要求等技術(shù)性能指標越來(lái)越高，在決定這些技術(shù)性能指標的諸多因素中，基本上都與開(kāi)關(guān)變壓器的技術(shù)指標有關(guān)。開(kāi)關(guān)變壓器是開(kāi)關(guān)電源中的關(guān)鍵器件，因此，在這一章中我們將非常詳細地對與開(kāi)關(guān)變壓器相關(guān)的諸多技術(shù)參數進(jìn)行理論分析。

在分析開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理的時(shí)候，必然會(huì )涉及磁場(chǎng)強度H和磁感應強度B以及磁通 等概念，為此，這里我們首先簡(jiǎn)單介紹它們的定義和概念。

2-1-1．三個(gè)基本概念——磁場(chǎng)強度、磁感應強度、磁通

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?chē)厝粫?huì )存在電場(chǎng)，在電場(chǎng)的作用下，周?chē)奈矬w都會(huì )感應帶電；同樣在帶磁物體的周?chē)厝粫?huì )存在磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)的作用下，周?chē)奈矬w也都會(huì )被感應產(chǎn)生磁通。

現代磁學(xué)研究表明：一切磁現象都起源于電流，即，載流子的運動(dòng)。磁性材料或磁感應也不例外，鐵磁現象的起源是由于材料內部原子核外電子運動(dòng)形成的微電流，亦稱(chēng)分子電流，這些微電流的集合效應使得材料對外呈現各種各樣的宏觀(guān)磁特性。因為每一個(gè)微電流都產(chǎn)生磁效應，所以把一個(gè)單位微電流稱(chēng)為一個(gè)磁偶極子。因此，磁場(chǎng)強度的大小與磁偶極子的分布有關(guān)。

在宏觀(guān)條件下，磁場(chǎng)強度可以定義為空間某處磁場(chǎng)的大小。我們知道，電場(chǎng)強度的概念是用單位電荷在電場(chǎng)中所產(chǎn)生的作用力來(lái)定義的，而在磁場(chǎng)中就很難找到一個(gè)類(lèi)似于“單位電荷”或“單位磁場(chǎng)”的帶磁物質(zhì)來(lái)定義磁場(chǎng)強度，為此，電場(chǎng)強度的定義只好借用流過(guò)單位長(cháng)度導體電流的概念來(lái)定義磁場(chǎng)強度，但這個(gè)概念本應該是用來(lái)定義電磁感應強度的，因為電磁場(chǎng)是可以互相產(chǎn)生感應的。

幸好，電磁感應強度不但與流過(guò)單位長(cháng)度導體的電流大小相關(guān)，而且還與介質(zhì)的屬性有關(guān)。所以，電磁感應強度可以在磁場(chǎng)強度的基礎上再乘以一個(gè)代表介質(zhì)屬性的系數來(lái)表示，這個(gè)代表介質(zhì)屬性的系數人們把它稱(chēng)為導磁率。

在電磁場(chǎng)理論中，磁場(chǎng)強度H的定義為：在真空中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導線(xiàn)，受到的磁場(chǎng)的作用力F跟電流I和導線(xiàn)長(cháng)度 的乘積I 的比值，稱(chēng)為通電直導線(xiàn)所在處的磁場(chǎng)強度?；颍涸谡婵罩写怪庇诖艌?chǎng)方向的1米長(cháng)的導線(xiàn)，通過(guò)1安培的電流，受到磁場(chǎng)的作用力為1牛頓時(shí)，通過(guò)導線(xiàn)所在處的磁場(chǎng)強度就是1奧斯特(Oersted)。

電磁感應強度一般也稱(chēng)為磁感應強度。由于在真空中磁感應強度與磁場(chǎng)強度在數值上完全相等，因此，磁感應強度在真空中的定義與磁場(chǎng)強度在真空中的定義是完全相同的。所不同的是磁場(chǎng)強度H與介質(zhì)的屬性無(wú)關(guān)，而磁感應強度B卻與介質(zhì)的屬性有關(guān)。

但很多書(shū)上都用上面定義磁場(chǎng)強度的方法來(lái)定義電磁感應強度，這是很不合理的；因為，電磁感應強度與介質(zhì)的屬性有關(guān)，而磁場(chǎng)強度與介質(zhì)的屬性無(wú)關(guān)，那么，比如在固體介質(zhì)中，人們就很難用通電直導線(xiàn)的方法來(lái)測量通電直導線(xiàn)在磁場(chǎng)中所受的力，既然不能測量，就不應該假設它所受的力與介質(zhì)的屬性有關(guān)。其實(shí)介質(zhì)的導磁率也不是通過(guò)作用力來(lái)測量的，而是通過(guò)電磁感應的方法來(lái)測量的。這樣一來(lái)，磁場(chǎng)強度反而變成了一個(gè)輔助的物理量，因為我們無(wú)法直接對它進(jìn)行測量。

磁場(chǎng)強度H和磁感應強度B由下面公式表示：

（2-1）式中磁場(chǎng)強度H的單位為奧斯特（Oe），力F的單位為牛頓（N），電流I的單位為安培（A），導線(xiàn)長(cháng)度 的單位為米（m）。（2-2）式中，磁感應強度B的單位為特斯拉（T）， 為導磁率，單位為亨/米（H/m），在真空中的導磁率記為 ， = 1。由于特斯拉的單位太大，人們經(jīng)常使用高斯（Gs）作為磁感應強度B的單位。1特斯拉等于10000高斯（1T=104Gs）。

由于磁現象可以形象地用磁力線(xiàn)來(lái)表示，故磁感應強度B又可定義為磁力線(xiàn)通量的密度（簡(jiǎn)稱(chēng)磁通密度），即：?jiǎn)挝幻娣e內的磁力線(xiàn)通量。磁力線(xiàn)通量密度可簡(jiǎn)稱(chēng)為磁感應強度，因此，電磁感應強度又可以表示為：

（2-3）式中，磁感應強度B的單位為特斯拉（T），磁通量 的單位為韋伯（Wb），面積的單位為平方米（m2）。如果磁感應強度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）。其中，1特斯拉等于10000高斯（1T = 104Gs），1韋伯等于10000麥克斯韋（1Wb = 104Mx）。

電磁感應強度除了可以稱(chēng)為磁感應強度、磁通密度外，很多人還把它稱(chēng)為磁感密度。至此，已經(jīng)說(shuō)明，電磁感應強度B、磁感應強度B、磁通密度B、磁感應密度B等，在概念上是完全可以通用的。

順便說(shuō)明，在其它書(shū)上有人把磁感應強度B的定義為：B= (H+M)，其中H和M分別是磁場(chǎng)強度和磁化強度，而 是真空導磁率，這完全是為了使磁場(chǎng)強度與電場(chǎng)強度對應、磁感應強度與電感應強度對應的緣故。為了簡(jiǎn)單，本書(shū)中我們不準備引入太多的其它概念，如有特別需要，可通過(guò)（2-2）式的定義來(lái)與其它概念進(jìn)行轉換。

磁感應強度與磁場(chǎng)強度的概念一直以來(lái)都比較混亂，這是因為歷史的原因。1900年，國際電學(xué)家大會(huì )贊同美國電氣工程師協(xié)會(huì )(AIEE)的提案，決定CGSM制磁場(chǎng)強度H的單位名稱(chēng)為高斯，這實(shí)際上是一場(chǎng)誤會(huì )。AIEE原來(lái)的提案是把高斯作為磁感應強度B的單位，由于翻譯成法文時(shí)誤譯為磁場(chǎng)強度，造成了混淆。當時(shí)的CGSM制和高斯單位制中真空磁導率 是無(wú)量綱的純數1，所以，真空中的B和H沒(méi)有什么區別，致使一度B和H都用同一個(gè)單位——高斯。

1900年后，在科技界中展開(kāi)了一場(chǎng)關(guān)于B和H性質(zhì)是否相同的討論，同時(shí)也討論到電感應強度（電位移）D和電場(chǎng)強度E的區別問(wèn)題。1930年7月，國際電工委員會(huì )才在廣泛討論的基礎上作出決定：真空磁導率 有量綱，B和H性質(zhì)不同，B和D對應，H和E對應，在CGSM單位制中以高斯作為B的單位，以?shī)W斯特作為H的單位。

直至1960年第十一屆國際計量大會(huì )決定：將六個(gè)基本單位為基礎的單位制，即米、千克、秒、安培、開(kāi)爾文和坎德拉，命名為國際單位制，并以SI(法文Le System International el''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''Unites的縮寫(xiě))表示，磁感應強度與磁場(chǎng)強度的概念才基本得到統一。

由于歷史的原因，在電磁單位制中還經(jīng)常使用兩種單位制，一種是SI國際單位制，另一種CGSM（厘米、克、秒）絕對單位制；兩個(gè)單位的主要區別是，在CGSM單位制中真空導磁率 =1，在SI單位制中真空導磁率。因此，只需要在CGSM單位制前面乘以一個(gè)系數 ，即可把CGSM單位制轉換成SI單位制，一般可寫(xiě)成 ，看到這個(gè)符號即可知道是采用SI單位制；但這里的 或 一般稱(chēng)為相對導磁率，是一個(gè)不帶單位的系數，而 則要帶單位。

這里還需要強調指出，用來(lái)代表介質(zhì)屬性的導磁率并不是一個(gè)常數，而是一個(gè)非線(xiàn)性函數，它不但與介質(zhì)以及磁場(chǎng)強度有關(guān)，而且與溫度還有關(guān)。因此，導磁率所定義的并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的系數，而是人們正在利用它來(lái)掩蓋住人類(lèi)至今還沒(méi)有完全揭示的，磁場(chǎng)強度與電磁感應強度之間的內在關(guān)系。不過(guò)為了簡(jiǎn)單，當我們對磁場(chǎng)強度與電磁感應強度進(jìn)行分析的時(shí)候，還是可以把導磁率當成一個(gè)常數來(lái)看待，或者取它的平均值或有效值來(lái)進(jìn)行計算。
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2-1-2．開(kāi)關(guān)變壓器工作原理簡(jiǎn)介

對于開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)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、負半周波形都是對稱(chēng)的，并且輸入電壓和電流波形一般都是連續的，在一個(gè)周期之內，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(diǎn)；而開(kāi)關(guān)變壓器一般都是工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其輸入電壓或電流一般都不是連續的，而是斷續的，輸入電壓或電流在一個(gè)周期之內的平均值大多數都不等于0，因此，開(kāi)關(guān)變壓器也稱(chēng)為脈沖變壓器，這是開(kāi)關(guān)變壓器與普通變壓器在工作原理方面的最大區別。

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

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

設開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的截面為S，當幅度為U、寬度為τ的矩形脈沖電壓施加到開(kāi)關(guān)變壓器的初級線(xiàn)圈上時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的初級線(xiàn)圈中就有勵磁電流流過(guò)；同時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯中就會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，變壓器的鐵芯就會(huì )被磁化，在磁場(chǎng)強度為H的磁場(chǎng)作用下又會(huì )產(chǎn)生磁感應強度為B的磁力線(xiàn)通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通，用“ ”表示；磁感應強度B或磁通 受磁場(chǎng)強度H的作用而發(fā)生變化的過(guò)程，稱(chēng)為磁化過(guò)程。所謂的勵磁電流，就是讓變壓器鐵芯充磁和消磁的電流。

根據法拉第電磁感應定理，電感線(xiàn)圈中的磁場(chǎng)或磁感應強度發(fā)生變化時(shí)，將在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢；線(xiàn)圈中感應電動(dòng)勢為：

式中，N為開(kāi)關(guān)變壓器的初級線(xiàn)圈的匝數； 為變壓器鐵芯的磁通量；B為變壓器鐵芯的磁感應強度或磁感應強度平均值。

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

從（2-4）式可知，當磁感應強度的變化以等速變化進(jìn)行時(shí)，則可表示：

如果能忽略渦流的影響，則磁場(chǎng)強度H的平均值取決于導磁體材料的性質(zhì)。變壓器初級線(xiàn)圈內的磁化電流 的增長(cháng)與H成正比。在特性曲線(xiàn)的直線(xiàn)段內磁場(chǎng)強度H、磁化電流 和磁感應強度B都以線(xiàn)性變化。

脈沖電壓作用結束后( t > τ )，變壓器中的磁化電流將按變壓器的輸出電路特性，即電路參數確定的規律下降，變壓器鐵芯內的磁場(chǎng)強度和磁感應強度也相應減弱，此時(shí)，在變壓器線(xiàn)圈內會(huì )產(chǎn)生反極性電壓，即反電動(dòng)勢。變壓器的輸出電路特性實(shí)際上就是第一章中已經(jīng)詳細介紹過(guò)的正、反激電壓輸出電路特性。

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(gè)單極性脈沖分別輸入即可。
開(kāi)關(guān)變壓器分單激式開(kāi)關(guān)變壓器和雙激式開(kāi)關(guān)變壓器，兩種開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理和結構并不是完全一樣的。單激式開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙；而雙激式開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯磁感應強度變化范圍相對來(lái)說(shuō)比較大，一般不容易出現磁飽和現象，因此，一般都不用留氣隙。

單激式開(kāi)關(guān)變壓器還分正激式和反激式兩種，對兩種開(kāi)關(guān)變壓器的技術(shù)參數要求也不一樣；對正激式開(kāi)關(guān)變壓器的初級電感量要求比較大，而對反激式開(kāi)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(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較大，而單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較小。這些參數基本上都與變壓器鐵芯的磁化曲線(xiàn)有關(guān)，因此，下面首先對變壓器鐵芯的磁化過(guò)程進(jìn)行詳細分析。
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2-1-3．脈沖序列對單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁化

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們把單激式變壓器開(kāi)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(guò)控制開(kāi)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(kāi)關(guān)變壓器供電。這里我們特別把變壓器稱(chēng)為開(kāi)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是有區別的。

在一般的電源變壓器電路中，當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，因為電源內阻可以看作為0；而在開(kāi)關(guān)變壓器電路中，當開(kāi)關(guān)變壓器兩端的輸入電壓為0時(shí)，表示輸入端是開(kāi)路的，因為電源內阻可以看作為無(wú)限大。

在圖2-1中，當一組序列號為1、2、3、…的直流脈沖電壓分別加到開(kāi)關(guān)變壓器初級線(xiàn)圈a、b兩端時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的初級線(xiàn)圈中就會(huì )有勵磁電流流過(guò)，同時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯中就會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)強度為H的磁場(chǎng)作用下又會(huì )產(chǎn)生磁感應強度為B的磁力線(xiàn)通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通，用“ ”表示。

在變壓器鐵芯中，磁感應強度B或磁通 受磁場(chǎng)強度H的作用而發(fā)生變化的過(guò)程，稱(chēng)為磁化過(guò)程；因此，用來(lái)描述磁感應強度B與磁場(chǎng)強度H之間對應變化的關(guān)系曲線(xiàn)，人們都把它稱(chēng)為磁化曲線(xiàn)。圖2-2是單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯被磁化時(shí)，磁感應強度B與磁場(chǎng)強度H之間對應變化的關(guān)系曲線(xiàn)圖。

在分析變壓器鐵芯的磁化過(guò)程中，經(jīng)常使用磁感應強度和磁通密度這兩個(gè)名稱(chēng)，前面已經(jīng)提到，這兩個(gè)名稱(chēng)在本質(zhì)上沒(méi)區別的，可以互相通用，不同場(chǎng)合使用不同名稱(chēng)，只是為了使用方便。

如果開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯在這之前從來(lái)沒(méi)有被任何磁場(chǎng)磁化過(guò)，并且開(kāi)關(guān)變壓器的伏秒容量足夠大，那么，當第一個(gè)直流脈沖電壓加到變壓器初級線(xiàn)圈a、b兩端時(shí)，在變壓器初級線(xiàn)圈中將有勵磁電流流過(guò)，并在變壓器鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)。

在磁場(chǎng)強度H的作用下，變壓器鐵芯中的磁感應強度B將會(huì )按圖2-2中0-1磁化曲線(xiàn)上升；當第一個(gè)直流脈沖電壓將要結束時(shí)，磁場(chǎng)強度達到第一個(gè)最大值Hm1，同時(shí)磁感應強度將會(huì )被磁場(chǎng)強度磁化到第一個(gè)最大值Bm1 ；由此產(chǎn)生一個(gè)磁感應強度增量ΔB， 。磁感應強度增加，表示流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈中的勵磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在對變壓器鐵芯進(jìn)行充磁。

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當序列脈沖電壓加到開(kāi)關(guān)變壓器初級線(xiàn)圈a、b兩端時(shí)，在變壓器鐵芯中會(huì )產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這磁場(chǎng)完全是由流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈的勵磁電流產(chǎn)生的，流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈的勵磁電流為：

（2-8）式中， 為流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈的勵磁電流，U為加到變壓器初級線(xiàn)圈兩端的電壓，L1為變壓器初級線(xiàn)圈的電感量，t為時(shí)間， 為初始電流，即t = 0時(shí)刻流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈的勵磁電流。

當序列脈沖電壓加到開(kāi)關(guān)變壓器初級線(xiàn)圈a、b兩端時(shí)，如果脈沖序列的占空系數（占空比）D滿(mǎn)足磁化電流在后一個(gè)脈沖進(jìn)入前下降為零，即：（2-8）式中的 ，則流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈電流為臨界連續或不連續狀態(tài)，磁化曲線(xiàn)如圖2-2所示。

如果在后一個(gè)脈沖進(jìn)入前，磁化電流不為零，即：（2-8）式中的 ，此時(shí)，磁場(chǎng)強度的初始值也不等于0，即：H(0)>0 ，開(kāi)關(guān)電源工作于電流連續狀態(tài)，占空比 ，相當于在開(kāi)關(guān)變壓器的初級線(xiàn)圈或次級線(xiàn)圈中設置了一個(gè)偏置電流，圖2-2中的B軸則需要向右平移一段距離。

當第一個(gè)直流脈沖結束以后，由于加于開(kāi)關(guān)變壓器初級線(xiàn)圈的電壓為0（開(kāi)路），流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器初級線(xiàn)圈中的電流將為0（回路被切斷），但由于開(kāi)關(guān)變壓器鐵心中的磁通 不能因變壓器初級線(xiàn)圈中勵磁電流為0而產(chǎn)生突變，此時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器鐵心中存儲的能量（磁能）將在變壓器的初、次級線(xiàn)圈中產(chǎn)生反電動(dòng)勢（反激輸出），此時(shí)，在變壓器的初、次級線(xiàn)圈回路中都有電流流過(guò)。

流過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈的電流會(huì )給負載電阻提供功率輸出，與此同時(shí)，流過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈的電流又會(huì )在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，使開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯退磁；而流過(guò)初級線(xiàn)圈的電流還會(huì )對初級線(xiàn)圈中的漏感和分布電容進(jìn)行充、放電，當負載較輕時(shí)，漏感和分布電容在進(jìn)行充、放電的過(guò)程中會(huì )在初級線(xiàn)圈回路中產(chǎn)生高頻振蕩，同樣，流過(guò)初級線(xiàn)圈的電流也會(huì )在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，使開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯退磁。

反電動(dòng)勢的大小與變壓器初、次級線(xiàn)圈回路中等效電阻的大小有關(guān)，還與勵磁電流在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)存儲的能量大小有關(guān)，即與 的大小也有關(guān)。

由于反電動(dòng)勢產(chǎn)生的感應電流會(huì )在變壓器鐵芯中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，使變壓器鐵芯退磁，磁場(chǎng)強度H開(kāi)始由第一最大值Hm1逐步下降到0；但變壓器鐵芯中的磁感應強度B并不是按充磁時(shí)的0-1磁化曲線(xiàn)原路返回，跟隨磁場(chǎng)強度下降到零；而是按另一條新的磁化曲線(xiàn)1-2返回到2點(diǎn)，即：返回到第一個(gè)剩余磁感應強度Br1處。因此，人們都習慣地把磁感應強度位于2點(diǎn)的值，稱(chēng)為剩余磁感應強度（或剩余磁通密度），簡(jiǎn)稱(chēng)“剩磁”。變壓器鐵芯有剩磁，說(shuō)明變壓器鐵芯有記憶特性，這是鐵磁材料的基本特性。

磁場(chǎng)強度H下降到零，但變壓器鐵芯中的磁感應強度B不能跟隨磁場(chǎng)強度下降到零，而只能下降到原磁感應強度曲線(xiàn)上的某個(gè)值（剩余磁感應強度），這種現象稱(chēng)為變壓器鐵芯具有磁矯頑力，簡(jiǎn)稱(chēng)矯頑力，用Hc表示。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)。

同理，當第二個(gè)直流脈沖加到變壓器初級線(xiàn)圈a、b兩端時(shí)，變壓器鐵芯中的磁感應強度B將按圖2-2中新的磁化曲線(xiàn)2-3上升，磁感應強度被磁場(chǎng)強度磁化到第二個(gè)最大值Bm2，使磁感應強度產(chǎn)生一個(gè)增量ΔB，  。

第二個(gè)直流脈沖結束以后，流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈中的勵磁電流下降到零，變壓器初、次級線(xiàn)圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢，又會(huì )使磁感應強度按另一條新的退磁化曲線(xiàn)3-4返回到第二個(gè)剩余磁感應強度Br2處；當然，Br2同樣也只是變壓器鐵芯被退磁時(shí)磁感應強度變化過(guò)程中的又一個(gè)臨時(shí)剩余值。

其余依次類(lèi)推，第3、4個(gè)直流脈沖電壓同樣也會(huì )讓磁感應強度增加一個(gè)增量ΔB ，即：

（2-9）式中，ΔB為磁感應強度增量。由于輸入脈沖的幅度U和寬度τ分別與磁感應強度增量ΔB和磁場(chǎng)強度增量ΔH的大小相對應，只要作用于開(kāi)關(guān)變壓器線(xiàn)圈上的脈沖電壓的幅度U和脈沖寬度τ不變，則流過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈回路中的電流也不變，這只是在導磁率為常數的情況下；但由于導磁率不是一個(gè)常數，即變壓器鐵芯磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性，致使經(jīng)過(guò)若干個(gè)脈沖序列之后，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中的最大磁感應強度 和剩磁 就會(huì )相對穩定在某個(gè)值上。此時(shí)剩磁 對應每個(gè)輸入直流脈沖的起點(diǎn)（0電壓），而最大磁感應強度 對應每個(gè)直流脈沖的終點(diǎn)（電壓最大值）。

由于流過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈回路中的電流會(huì )在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中產(chǎn)生反磁通，會(huì )對開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯起退磁作用，因此，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中的剩磁 和最大磁感應強度 在磁化曲線(xiàn)上的位置，除了與輸入脈沖的幅度U以及寬度τ的大小有關(guān)外，還與流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器次級線(xiàn)圈回路中的電流大小有關(guān)；而流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器次級線(xiàn)圈回路中的電流除了與負載大小有關(guān)外，還與輸入直流脈沖的占空比D的大小也有關(guān)。

由此可知，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中的剩磁 和最大磁感應強度 在磁化曲線(xiàn)上的位置，與輸入脈沖的幅度U和寬度τ，以及占空比D的大小和輸出負載的大小，均有關(guān)系......

未完待續：下文將接著(zhù)為大家介紹：《脈沖序列對單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵心的磁化》的余下內容以及“開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的導磁率”、“變壓器鐵心的初始磁化曲線(xiàn)”，請耐心等待......

——關(guān)于變壓器初、次級線(xiàn)圈會(huì )同時(shí)產(chǎn)生反電動(dòng)勢對變壓器鐵芯進(jìn)行退磁的概念，請參考第一章《1-5-1．單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理》部分的內容。

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