雙激式變壓器鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗在工作原理上與單激開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗是有區(qū)別的。
首先雙激式變壓器初級(jí)線圈輸入的電壓是雙極性脈沖,電源在正負(fù)半周期間都向它提供能量。其次,單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯是靠變壓器初級(jí)線圈自身產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)在電路中產(chǎn)生的電流進(jìn)行退磁的,而雙激式變壓器鐵芯,除了靠變壓器初級(jí)線圈自身產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)在電路中產(chǎn)生的電流進(jìn)行退磁之外,當(dāng)另一反極性電壓脈沖加到變壓器初級(jí)線圈上時(shí),原勵(lì)磁電流存儲(chǔ)的能量還可以反饋給換相輸入電壓進(jìn)行充電。
在雙激式變壓器鐵芯中,磁滯損耗也是由流過(guò)變壓器初級(jí)線圈勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在鐵芯中產(chǎn)生的;但在單激開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯中,有一部分勵(lì)磁電流存儲(chǔ)的能量要轉(zhuǎn)化成反激式電壓向負(fù)載輸出;而在雙激式變壓器鐵芯中,勵(lì)磁電流產(chǎn)生的能量基本上都是用于充磁與消磁。因此,雙激式變壓器鐵芯的磁滯回線的面積比單激開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯磁滯回線的面積大很多,磁滯損耗也大很多。
雙激式變壓器鐵芯渦流損耗的機(jī)理與單激開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯渦流損耗的機(jī)理基本是一樣的,但雙激式變壓器鐵芯的渦流損耗要比單激開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的渦流損耗大很多,因?yàn)?,雙激式變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍比單激開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍大很多。
根據(jù)(2-60)式和(2-61)式以及圖2-20和圖2-21的分析結(jié)果,我們可以用圖2-28電路來(lái)測(cè)試雙激式開(kāi)關(guān)變壓器的磁滯損耗和渦流損耗。與圖2-26的工作原理基本相同,圖2-28的主要工作原理是,在變壓器初級(jí)線圈兩端加一序列雙極性電壓方波,然后測(cè)試流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流
根據(jù)前面分析,磁滯損耗主要由勵(lì)磁電流 產(chǎn)生的,但雙激式開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流與單激式開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的作用并不完全相同。單激式開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)對(duì)變壓器貼芯進(jìn)行充磁和退磁外,其存儲(chǔ)的能量只能用來(lái)作為反激式輸出給負(fù)載,因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)線圈輸入的電壓是單極性脈沖,變壓器初級(jí)線圈無(wú)法換相。
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而雙激式開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流除了用來(lái)消磁和充磁以外(即轉(zhuǎn)換成磁滯損耗),其存儲(chǔ)的能量還可以反饋給換相輸入電壓進(jìn)行充電,因?yàn)閯?lì)磁電流存儲(chǔ)的能量產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的方向正好與換相時(shí)輸入電壓的方向相反,兩者作用互相對(duì)消,使原來(lái)流過(guò)初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流由最大值迅速下降到0,即:反電動(dòng)勢(shì)的能量被迅速轉(zhuǎn)移到輸入電路中,相當(dāng)于能量被重復(fù)利用。
圖2-28中,U是電源電壓,N為變壓器初級(jí)線圈,控制開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4組成橋式開(kāi)關(guān)控制電路,K1和K4為一組,K2和K3為一組,兩組開(kāi)關(guān)輪流接通與斷開(kāi),把電源電壓正反向加于變壓器初級(jí)線圈兩端;R為取樣電阻,通過(guò)測(cè)量R兩端的電壓,就可以知道流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流;取樣電壓被送到示波器DP進(jìn)行顯示。
圖2-29是圖2-28電路中變壓器初級(jí)線圈兩端電壓、電流以及取樣電阻上的電壓波形圖。圖2-29-a是變壓器初級(jí)線圈兩端的電壓波形;圖2-29-b是流過(guò)變壓器初級(jí)線圈兩端的電流波形;圖2-29-c是取樣電阻兩端的電壓波形。
在0-t1期間,控制開(kāi)關(guān)K1和K4接通,同時(shí)K2和K3關(guān)斷;電源電壓U通過(guò)K1和K4加于變壓器初級(jí)線圈a、b兩端;流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流 由 和 兩部分組成, 和 的數(shù)值分別由(2-60)式和(2-61)式?jīng)Q定;其中, 為勵(lì)磁電流,其值隨時(shí)間線性上升; 為渦流損耗電流,其值為常數(shù),不隨時(shí)間改變。
在t1-t2期間,控制開(kāi)關(guān)K2和K3接通,同時(shí)K1和K4關(guān)斷;電源電壓U通過(guò)K2和K3加于變壓器初級(jí)線圈b、a兩端;相當(dāng)于變壓器初級(jí)線圈的輸入電壓被反相,流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流 還是由 和 兩部分組成,但 和 的方向均與原來(lái)相反; 的數(shù)值基本不變; 在一開(kāi)始瞬間是作為反電動(dòng)勢(shì)輸出能量給電源充電,方向與輸入電流方向相反,充電過(guò)程很快結(jié)束,電流為0;然后,電源反過(guò)來(lái)給變壓器初級(jí)線圈供電,勵(lì)磁電流作為變壓器鐵芯的消磁和充磁能源,開(kāi)始反方向線性上升。
和 的數(shù)值,不管是正方向還是反方向,分別都是由(2-60)式和(2-61)式?jīng)Q定;其中, 為勵(lì)磁電流,其值隨時(shí)間線性上升; 為渦流損耗電流,其值為常數(shù),不隨時(shí)間改變。
我們從圖2-29-b中可以看出,在輸入電壓作用期間,勵(lì)磁電流 是跟隨時(shí)間線性增長(zhǎng)的;而渦流損耗電流 為常量,它不會(huì)跟隨時(shí)間線性變化;因此,用示波器很容易就可以把它們區(qū)分開(kāi)來(lái),通過(guò)測(cè)量取樣電阻R兩端的電壓,就可以間接測(cè)量 和 的數(shù)值。
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設(shè)輸入序列電壓脈沖方波的寬度為τ,周期為T(mén),T = 2τ,那么,在輸入電壓期間,勵(lì)磁電流 產(chǎn)生的磁滯損耗半波平均功率以及磁滯損耗全波平均功率均相等,因此,我們可以把它們統(tǒng)稱為磁滯損耗平均功率1.4 。
(2-80)和(2-81)式中, 為雙激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗平均功率; 為流過(guò)雙激式開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈勵(lì)磁電流的平均值; 為流過(guò)雙激式開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈勵(lì)磁電流的最大值;τ為輸入電壓脈沖方波的寬度。
根據(jù)(2-61)式以及圖2-20、圖2-21和圖2-29的分析結(jié)果可知,渦流損耗是由渦流損耗電流 產(chǎn)生的。并且由圖2-29看出,渦流損耗電流 產(chǎn)生的渦流損耗半波平均功率以及渦流損耗全波平均功率均相等,因此,我們可以把它們統(tǒng)稱為渦流損耗平均功率 ,由此,可以求得渦流損耗電流 產(chǎn)生的平均功率 Pb為:
(2-82)式中, 為雙激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的渦流損耗平均功率;U為電源電壓幅度;Ib 為渦流損耗電流的半波平均值, ,因?yàn)?為一常數(shù)值。
由(2-80)、(2-81)、(2-82)式可以看出,計(jì)算雙激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗要比計(jì)算單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗,簡(jiǎn)單很多。
當(dāng)加到變壓器初級(jí)線圈兩端的電壓為正弦波時(shí),變壓器鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗可分別用下面的(2-83)和(2-84)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算:
(2-83)式中, 為輸入電壓為正弦波時(shí)變壓器鐵芯的磁滯損耗[W]; 為與鐵磁物質(zhì)有關(guān)的系數(shù)(由試驗(yàn)決定);
(2-84)式中, Pb為輸入電壓為正弦波時(shí)變壓器鐵芯的磁滯損耗[W];Kb為與鐵磁物質(zhì)電阻率、截面積、體積、形狀有關(guān)的系數(shù)(由試驗(yàn)決定); 為頻率[Hz]; 為磁滯回線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值[Wb/m2];V為變壓器鐵心的體積[m3]。
這里順便指出,利用(2-83)和(2-84)式來(lái)分別測(cè)試變壓器鐵心的磁滯損耗和渦流損耗是非常困難的;一個(gè)是它們的系數(shù)很難決定,另一個(gè)是兩者很難分別進(jìn)行測(cè)量,或從測(cè)量結(jié)果中進(jìn)行分離。對(duì)比兩式的參數(shù)就可以知道,它們之間最大的區(qū)別是頻率對(duì)損耗的影響程度;一個(gè)是與頻率成正比,另一個(gè)是與頻率的平方成正比。理論上可以通過(guò)改變輸入電壓頻率的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量,然后再對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分離;但當(dāng)輸入電壓的參數(shù)與變壓器的實(shí)際工作情況相差太遠(yuǎn)時(shí),測(cè)試結(jié)果將毫無(wú)意義。
未完待續(xù):下文將接著為大家介紹:開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯脈沖導(dǎo)磁率與平均導(dǎo)磁率的測(cè)量;開(kāi)關(guān)變壓器的有效導(dǎo)磁率;開(kāi)關(guān)變壓器的漏感(上篇),請(qǐng)耐心等待......
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