開(kāi)關(guān)變壓器:直流脈沖對(duì)鐵芯的磁化

　　同理，當(dāng)?shù)诙€(gè)直流脈沖加到變壓器初級(jí)線(xiàn)圈a、b兩端時(shí)，變壓器鐵芯中的磁通密度B將按圖2-2中新的磁化曲線(xiàn)2-3上升，磁通密度被磁場(chǎng)強(qiáng)度磁化到第二個(gè)最大值Bm2，使磁通密度產(chǎn)生一個(gè)增量ΔB，ΔB=Bm2-Br1。

　　第二個(gè)直流脈沖結(jié)束以后，流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈中的勵(lì)磁電流下降到零，變壓器初、次級(jí)線(xiàn)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(xiàn)3-4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(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)讓磁通密度增加一個(gè)增量ΔB，即：

　　(2-9)式中，ΔB為磁通密度增量;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，則變壓器鐵芯片的磁化過(guò)程就會(huì)在磁通密度增量為常數(shù)(?B=常數(shù))的條件下進(jìn)行。

　　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。

　　經(jīng)過(guò)n個(gè)直流脈沖電壓之后，變壓器鐵芯中的最大磁通密度Bm和剩余磁通密度Br才能基本穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值之上，即：脈沖序列的作用達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，磁化過(guò)程將沿原始曲線(xiàn)上某一固定局部磁滯回線(xiàn)n點(diǎn)重復(fù);這時(shí)剩余磁通密度為Brn(Brn=Br)，磁通密度變化無(wú)論磁場(chǎng)強(qiáng)度增長(zhǎng)或降低，其ΔB值基本不變。

　　顯然，局部磁滯回線(xiàn)固定于什么位置，對(duì)某種材料來(lái)說(shuō)只取決于?B值的大小。如果?B足夠大，則局部磁滯回線(xiàn)的最低點(diǎn)位于最大局部磁滯回線(xiàn)的剩余磁通密度點(diǎn)Br點(diǎn)處。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)。

　　磁通密度達(dá)到最大值Bm后不再繼續(xù)增加是可以理解的，因?yàn)?，磁通密度和磁?chǎng)強(qiáng)度既可以是勢(shì)能也可以是位能，兩者可以互相轉(zhuǎn)換，它們與電容充放電的過(guò)程是很相似的。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(kāi)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。

　　用?H表示磁場(chǎng)強(qiáng)度增量，它在固定局部磁滯回線(xiàn)上磁通密度增量?B相對(duì)應(yīng)，即它們之間可用下面關(guān)系式表示：

　　(2-10)式稱(chēng)為磁場(chǎng)強(qiáng)度增量?H與磁通密度增量?B的脈沖靜態(tài)特性關(guān)系。在直流狀態(tài)條件下，(2-10)式不成立。

　　磁場(chǎng)強(qiáng)度增量?H和磁通密度增量?B的對(duì)應(yīng)關(guān)系還可以用下式表示：

　　本上都是固定的，并且是單極性脈沖，其磁滯回線(xiàn)的面積相對(duì)來(lái)說(shuō)很小，因此，鐵芯的脈沖導(dǎo)磁率幾乎可以看成是一個(gè)常數(shù);而開(kāi)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(xiàn)的面積相對(duì)來(lái)說(shuō)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(kāi)關(guān)變壓器，因此，只能用平均導(dǎo)磁率的概念來(lái)描述。

勵(lì)磁電流或磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行磁化時(shí)也具有類(lèi)似電容器充、放電的特點(diǎn)：當(dāng)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行磁化時(shí)，磁通密度就會(huì)增加，相當(dāng)于對(duì)電容器充電;當(dāng)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈中的勵(lì)磁電流為零時(shí)，變壓器初、次級(jí)線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，其感應(yīng)產(chǎn)生的電流就會(huì)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行退磁，使磁通密度下降，與充電電容器對(duì)負(fù)載放電的情況很類(lèi)似。

　　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。

　　此時(shí)，我們可稱(chēng)，變壓器鐵芯磁化過(guò)程已經(jīng)進(jìn)入了基本穩(wěn)定狀態(tài)，即：每輸入一個(gè)直流脈沖電壓，變壓器鐵芯中的磁通密度都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁通密度增量ΔB，ΔB=Bm-Br，當(dāng)直流脈沖結(jié)束以后，磁通密度又從最大值Bm回到剩余磁通密度Br的位置。這樣，我們把磁化曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的Br值稱(chēng)為剩磁(或剩余磁通密度)，而磁化曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的Bm值稱(chēng)為磁通密度的最大值。

　　不過(guò)，變壓器鐵芯磁化曲線(xiàn)中最大磁通密度Bm以及剩余磁通密度Br的值不是一成不變的，它們會(huì)隨著輸入脈沖電壓的幅度以及脈沖寬度的改變而改變;只有在輸入脈沖電壓的幅度以及脈沖寬度基本保持不變的情況下，變壓器鐵芯磁化曲線(xiàn)中的最大磁通密度Bm以及剩余磁通密度Br的值才會(huì)基本保持不變。

　　至于要經(jīng)過(guò)多少個(gè)直流脈沖電壓之后，開(kāi)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(kāi)關(guān)變壓器的伏秒容量大小有關(guān)。開(kāi)關(guān)變壓器的伏秒容量越大，對(duì)應(yīng)每個(gè)直流脈沖產(chǎn)生的磁通密度增量ΔB數(shù)值就越小，因此，需要直流脈沖的個(gè)數(shù)就越多;反之，變壓器的伏秒容量越小，需要直流脈沖的個(gè)數(shù)也越少。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

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