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開關(guān)變壓器工作原理
開關(guān)變壓器工作原理
對于開關(guān)電源,，開關(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)半周波形都是對稱的,，并且輸入電壓和電流波形一般都是連續(xù)的,，在一個周期之內(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;而開關(guān)變壓器一般都是工作于開關(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周期之內(nèi)的平均值大多數(shù)都不等于0,，因此，開關(guān)變壓器也稱為脈沖變壓器,，這是開關(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，開關(guān)變壓器對于輸入電壓來說,，有單激式和雙激式之分：對于輸出電壓來說,，又有正激式和反激式之分。單激式和雙激式開關(guān)電源,，或正激式和反激式開關(guān)電源,，它們使用的開關(guān)變壓器，在工作原理方面也有很大的不同,。
當(dāng)開關(guān)變壓器的輸入電壓為直流脈沖電壓時,，稱為單極性脈沖輸入，這種單極性脈沖輸入的開關(guān)電源稱為單激式變壓器開關(guān)電源：當(dāng)開關(guān)變壓器的輸入電壓為正,、負(fù)交替的脈沖電壓時，稱為雙極性脈沖輸入,，這種雙極性脈沖輸入的開關(guān)電源稱為雙激式變壓器開關(guān)電源;當(dāng)變壓器的初級線圈正在被直流脈沖電壓激勵時,，變壓器的次級線圈正好有功率輸出，這種開關(guān)電源稱為正激式變壓器開關(guān)電源;當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流脈沖電壓激勵時,，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出,，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出,，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。
設(shè)開關(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關(guān)變壓器的初級線圈上時，在開關(guān)變壓器的初級線圈中就有勵磁電流流過：同時,，在開關(guān)變壓器的鐵芯中就會產(chǎn)生磁場,，變壓器的鐵芯就會被磁化，在磁場強(qiáng)度為H的磁場作用下又會產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁力線通量,，簡稱磁通,，用“”表示：磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通φ受磁場強(qiáng)度H的作用而發(fā)生變化的過程，稱為磁化過程,。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(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理,，電感線圈中的磁場或磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時,，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢：線圈中感應(yīng)電動勢為：
U=NdΦ/dt=NSdB/dt（2-4）
式中，N為開關(guān)變壓器的初級線圈的匝數(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,，是因為變壓器鐵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際分布有關(guān),。因此,，在分析諸如變壓器的某些宏觀特性的時候，有時需要使用平均值的概念,，以便處理問題簡單
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，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，磁感應(yīng)強(qiáng)度以線性規(guī)律增長,，磁感應(yīng)強(qiáng)度以線性規(guī)律增長,，即：
B=B。+Ut/NS（2-6）
當(dāng)t=τ時,，即時間達(dá)到脈沖的后沿時,，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，根據(jù)電磁感應(yīng)定律,，在變壓器鐵芯中將產(chǎn)生一個磁感應(yīng)強(qiáng)度增量與之對應(yīng),，即：
△B=Uτ/NS（2-7）
如果能忽略渦流的影響，則磁場強(qiáng)度H的平均值取決于導(dǎo)磁體材料的性質(zhì),。變壓器初級線圈內(nèi)的磁化電流的增長與H成正比,。在特性曲線的直線段內(nèi)磁場強(qiáng)度H,、磁化電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度B都以線性變化。
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)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度也相應(yīng)減弱,，此時,，在變壓器線圈內(nèi)會產(chǎn)生反極性電壓，即反電動勢,。
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單極性脈沖分別輸入即可,。
開關(guān)變壓器分單激式開關(guān)變壓器和雙激式開關(guān)變壓器,，兩種開關(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,，在單激式開關(guān)變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙;而雙激式開關(guān)變壓器的鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍相對來說比較大，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關(guān)變壓器還分正激式和反激式兩種，對兩種開關(guān)變壓器的技術(shù)參數(shù)要求也不一樣：對正激式開關(guān)變壓器的初級電感量要求比較大,，而對反激式開關(guān)變壓器初級電感量的要求,，其大小還與輸出功率有關(guān)。
雙激式開關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較大,，而單激式開關(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有關(guān)。