開關(guān)電源原理與設(shè)計(連載79)
當?shù)与娏鱅 = 0時,測得開關(guān)變壓器線圈的電感量為L0,由于開關(guān)變壓器鐵芯初始磁化的時候,導(dǎo)磁率比較小,所以開關(guān)變壓器線圈的初始電感量L0也比較??;隨著迭加電流I的增加,開關(guān)變壓器鐵芯的導(dǎo)磁率也會增加,所以開關(guān)變壓器線圈的電感量也隨著迭加電流I的增加而增加,當?shù)与娏鱅達到某個值(I = Ib)的時候,開關(guān)變壓器線圈的電感量達到最大值Lmax,隨后,隨著迭加電流I的增加,開關(guān)變壓器線圈的電感量反而減小,并迅速下降,當?shù)与娏鱅 = Is時,開關(guān)變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強度開始出現(xiàn)飽和(B = Bs),開關(guān)變壓器線圈的電感量將減小到約等于0。
實際上,圖2-55中,改變迭加電流I的大小,其作用就相當于圖2-49-b)中的鋸齒電流i1 ,即:開關(guān)變壓器線圈的電感量是受流過開關(guān)變壓器線圈的直流分量調(diào)制的。如果我們把流過開關(guān)變壓器線圈的最大電流Im與開關(guān)變壓器鐵芯的最大磁感應(yīng)強度Bm對應(yīng),那么,我們可以用圖2-55來定義流過開關(guān)變壓器線圈的最大電流Im和開關(guān)變壓器鐵芯的最大磁感應(yīng)強度Bm。
由于最大磁感應(yīng)強度Bm概念經(jīng)常被使用,為了避免混淆,這里我們另外再定義兩個新概念:一個為極限磁感應(yīng)強度Bmax,另一個為極限電流Imax。
從圖2-55我們可以看出,當流過開關(guān)變壓器初級線圈的電流達到一定值時,初級線圈的電感量就會急速下降,并且,電流再增加,電感量很快就會下降到0,即開關(guān)變壓器鐵芯磁化將出現(xiàn)飽和。
因此,我們定義:當流過開關(guān)變壓器初級線圈的電流I,使開關(guān)變壓器初級線圈的電感L下降到初始電感L0的90%時,此時流開關(guān)變壓器線圈的電流I,我們稱之為極限電流Imax,對應(yīng)開關(guān)變壓器鐵芯中的磁感應(yīng)強度B,我們稱之為極限磁感應(yīng)強度Bmax。
任何一個帶鐵芯的電感線圈都可以用圖2-54表示的測量方法,來測量電感線圈的初始電感量L0和最大電感量Lmax,以及極限電流Imax。通過測量電感量,以及與其對應(yīng)的極限電流值Imax,就可以計算出開關(guān)變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax。在使用開關(guān)變壓器的過程中,任何時刻,都不能超出開關(guān)變壓器的極限伏秒容量VTmax。
反過來,我們還可以在特定的情況下,比如:在工作電壓最高、負載最重的情況下,先測量開關(guān)電源的占空比或輸出電壓的脈沖寬度 ,然后計算出開關(guān)變壓器初級線圈電流的最大值Im,最后給最大值Im乘以一個安全系數(shù)K(K=1.43),其結(jié)果就是流過開關(guān)變壓器初級線圈電流的極限值Imax,即用于測量開關(guān)變壓器初級線圈電感Lx的迭加電流值。
由此可知,開關(guān)變壓器(反激式)在任何情況下,其初級線圈的工作電流都不能超過圖2-55中的Imax,對應(yīng)的磁感應(yīng)強度也不能超過圖2-55中的Bmax。
由前面(2-142)式:
上面(2-149)式和(2-150)式是用來計算開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的公式,式中Im為流開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的最大值,即:開關(guān)接通后,持續(xù)時間等于τ時,流過開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的瞬時值;E為開關(guān)電源的工作電壓,V為加于開關(guān)變壓器初級線圈兩端的輸入電壓(直流脈沖電壓),L1為開關(guān)變壓器初級線圈電感量。
(2-151)式是用來計算開關(guān)變壓器或儲能電感線圈伏秒容量VT的公式,它與(2-150)式相對應(yīng),當(2-150)式中的Im為流過開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈的額定工作電流時,其對應(yīng)的伏秒容量VT就是開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈的額定伏秒容量VTR。
這里需要說明的是,表示開關(guān)變壓器或儲能電感線圈伏秒容量的(2-151)式與前面表示開關(guān)變壓器伏秒容量的(2-146)式,兩者是等同的,只是表示方式不一樣。(2-146)式是用開關(guān)變壓器鐵芯中的磁通量和開關(guān)變壓器初級線圈的匝數(shù)來表示開關(guān)變壓器的伏秒容量,而(2-151)式則是用開關(guān)變壓器初級線圈的電感量與流過開關(guān)變壓器初級線圈的電流來表示開關(guān)變壓器的伏秒容量。實際上,變壓器鐵芯中的磁通量主要與變壓器初級線圈的匝數(shù)和介質(zhì)的導(dǎo)磁率有關(guān)系,以及與流過開關(guān)變壓器初級線圈的電流有關(guān)系;電感被定義為磁感應(yīng)系數(shù),正好把前面兩個關(guān)系全部包含了,即線圈的匝數(shù)和介質(zhì)的導(dǎo)磁率。
由此可知,(2-151)式和(2-146)式是可以通過變量置換,互相進行轉(zhuǎn)換的,兩者可根據(jù)具體使用情況,任選其中一種表示方式進行計算。但在計算變壓器匝數(shù)的時候,最好還是選用(2-146)式,因為,電壓與磁通增量的對應(yīng)關(guān)系是基本固定的,但電感是受環(huán)境影響是經(jīng)常改變的。
(2-153)式是用來計算開關(guān)變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax的公式。式中:VTmax為開關(guān)變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量,V為加于開關(guān)變壓器初級線圈兩端直流脈沖電壓的幅度(單位:伏),Tmax為加于開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈兩端直流脈沖電壓的極限時間(脈沖寬度,單位:秒)。
Imax就是根據(jù)圖2-54對開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈電感Lx進行測試時的極限迭加電流,即:當?shù)与娏鱅增加,使被測量電感Lx等于初始電感量L0的0.9倍時,流過開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈的迭加電流值。也可以把Imax看成是流過開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈的極限電流值,此電流可以采用圖2-54和圖2-55定義的方法來測量; L0.9為開關(guān)變壓器初級線圈或儲能電感線圈初始電感 下降到90%時的值。
這里順便說明, 與Imax,VTm與VTmax在性質(zhì)上基本相同,只是后者用max來表示它是前者的極限值。
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