開(kāi)關(guān)變壓器工作原理

對(duì)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(fù)半周波形都是對(duì)稱(chēng)的，并且輸入電壓和電流波形一般都是連續(xù)的，在一個(gè)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(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(xù)的，而是斷續(xù)的，輸入電壓或電流在個(gè)周期之內(nèi)的平均值大多數(shù)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大區(qū)別。

　　除此之外，開(kāi)關(guān)變壓器對(duì)于輸入電壓來(lái)說(shuō)，有單激式和雙激式之分：對(duì)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(dāng)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(dāng)開(kāi)關(guān)變壓器的輸入電壓為正、負(fù)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(dāng)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈正在被直流脈沖電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)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(dāng)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈正好被直流脈沖電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈沒(méi)有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)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(shè)開(kāi)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(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈上時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈中就有勵(lì)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(qiáng)度為H的磁場(chǎng)作用下又會(huì)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁力線(xiàn)通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通，用“”表示：磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通φ受磁場(chǎng)強(qiáng)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(lì)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(xiàn)圈中的磁場(chǎng)或磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，將在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

　　U=NdΦ/dt=NSdB/dt（2-4）

　　式中，N為開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線(xiàn)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?yàn)樽儔浩麒F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(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(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化以等速變化進(jìn)行時(shí)，則可表示：

　　dB/dt=Ut/NS（2-5）

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

　　B=B。+Ut/NS（2-6）

　　當(dāng)t=τ時(shí)，即時(shí)間達(dá)到脈沖的后沿時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到大值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(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在變壓器鐵芯中將產(chǎn)生一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度增量與之對(duì)應(yīng)，即：

　　△B=Uτ/NS（2-7）

　　如果能忽略渦流的影響，則磁場(chǎng)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(jí)線(xiàn)圈內(nèi)的磁化電流的增長(zhǎng)與H成正比。在特性曲線(xiàn)的直線(xiàn)段內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁化電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度B都以線(xiàn)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(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度也相應(yīng)減弱，此時(shí)，在變壓器線(xiàn)圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反極性電壓，即反電動(dòng)勢(shì)。

　　上面分析雖然都是以單極性脈沖輸入為例，但對(duì)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(jié)構(gòu)并不是*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(yīng)強(qiáng)度變化范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)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(kāi)關(guān)變壓器還分正激式和反激式兩種，對(duì)兩種開(kāi)關(guān)變壓器的技術(shù)參數(shù)要求也不一樣：對(duì)正激式開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)電感量要求比較大，而對(duì)反激式開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)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(shù)基本上都與變壓器鐵芯的磁化曲線(xiàn)有關(guān)。