變壓器基本概念與工作原理

開(kāi)關(guān)變壓器一般都是工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)；當輸入電壓為直流脈沖電壓時(shí)，稱(chēng)為單極性脈沖輸入，如單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源；當輸入電壓為交流脈沖電壓時(shí)，稱(chēng)為雙極性脈沖輸入，如雙激式變壓器開(kāi)關(guān)電源；因此，開(kāi)關(guān)變壓器也可以稱(chēng)為脈沖變壓器，因為其輸入電壓是一序列脈沖；不過(guò)要真正較量起來(lái)的時(shí)候，開(kāi)關(guān)變壓器與脈沖變壓器在工作原理上還是有區別的，因為開(kāi)關(guān)變壓器還分正、反激輸出，這一點(diǎn)后面還將詳細說(shuō)明。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)生磁通密度為B的磁力線(xiàn)通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通，用“”表示；磁通密度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)或磁通密度發(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通密度平均值。

這里引進(jìn)磁通密度平均值的概念，是因為變壓器鐵芯中的磁通并不是均勻分布，磁通密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，磁通密度的變化以等速變化進(jìn)行，即：

假定磁通密度的初始值為B(0) = Bo（取t = 0），當t > 0時(shí)，磁通密度以線(xiàn)性規律增長(cháng)，磁通密度以線(xiàn)性規律增長(cháng)，即：

當t = τ時(shí)，即時(shí)間達到脈沖的后沿時(shí)，磁通密度達到最大值Bm = B(τ)。磁通密度增量（磁通密度初始值和最終值之差）?B = B(τ)－B(0) = Bm－Bo 。當輸入電壓是一序列單極性矩形脈沖時(shí)，根據電磁感應定律，在變壓器鐵芯中將產(chǎn)生一個(gè)磁通密度增量與之對應，即：

如果能忽略渦流影響，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 和磁通密度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)強度和磁通密度也相減弱，此時(shí)變壓器線(xiàn)圈內產(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)電源變壓器分單激式開(kāi)關(guān)電源變壓器和雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器，兩種開(kāi)關(guān)電源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)電源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)電源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)電源變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙；而雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的鐵芯磁通密度變化范圍相對來(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)電源變壓器還分正激式和反激式兩種，對兩種開(kāi)關(guān)電源變壓器的技術(shù)參數要求也不一樣；對正激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的初級電感量要求比較大，而對反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器初級電感量的要求，其大小卻與輸出功率有關(guān)。

雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器鐵芯的磁滯損耗比較大，而單激式開(kāi)關(guān)電源變壓器鐵芯的磁滯損耗卻比較小。這些參數基本上都與變壓器鐵芯的磁化曲線(xiàn)有關(guān)。歷史趣聞：

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)強度的單位名稱(chēng)為高斯，這實(shí)際上是一場(chǎng)