2-1-1-12．單激式變壓器鐵芯磁滯損耗、渦流損耗的測(cè)量

我們?cè)谇懊妗?-1-1-8．開(kāi)關(guān)電源變壓器磁滯損耗分析》章節(jié)中已經(jīng)指出，變壓器鐵芯的磁滯損耗，實(shí)際上就是流過(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)生的一部分能耗；但并不是所有勵(lì)磁電流的能量都轉(zhuǎn)化為磁滯損耗，還有一部分勵(lì)磁電流的能量要轉(zhuǎn)化反電動(dòng)勢(shì)輸出；因此，只要求出勵(lì)磁電流總的損耗，再減去反電動(dòng)勢(shì)輸出的損耗，剩余之值就是磁滯損耗。

另外，我們?cè)凇?-1-1-10．開(kāi)關(guān)電源變壓器渦流損耗分析》章節(jié)中已經(jīng)求得，流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流iμ 為：

同時(shí)我們還求得，為了補(bǔ)償渦流產(chǎn)生的去磁場(chǎng)，由變壓器初級(jí)線圈另外提供的電流ib 為：

（2-65）和（2-66）式中， iμ 為勵(lì)磁電流；這里我們把 ib稱為渦流損耗電流； μa為變壓器鐵芯的平均導(dǎo)磁率；N變壓器初級(jí)線圈的匝數(shù)；L變壓器初級(jí)線圈的電感； δ為變壓器鐵芯片的厚度，或圓柱體鐵芯的直徑；S為變壓器鐵芯的面積； ρc為鐵芯片的電阻率； l為磁回路的平均長(zhǎng)度；U為加到變壓器初級(jí)線圈兩端電壓的幅度（方波）； Rb為渦流損耗的等效電阻。

其中，iμ就是勵(lì)磁電流，也是產(chǎn)生磁滯損耗的電流， ib就是產(chǎn)生償渦流損耗的電流。 iμ和ib產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H（t）的曲線圖，請(qǐng)參考圖2-19，其等效電路，請(qǐng)參考圖2-20。

根據(jù)（2-65）式和（2-66）式以及圖2-19和圖2-20的分析結(jié)果，我們可以用圖2-25電路來(lái)測(cè)試單激式開(kāi)關(guān)變壓器的磁滯損耗和渦流損耗，以及勵(lì)磁電流反激輸出的功耗。

其原理是，在變壓器初級(jí)線圈兩端加一方波電壓，然后測(cè)試流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流i 以及反電動(dòng)勢(shì)輸出功率Pr1；其中，i =iμ +ib ， pμ= Uiμ = pr1＋pc， Pμ為勵(lì)磁電流產(chǎn)生的功率，U為電源電壓，pc為磁滯損耗；通過(guò)它們之間這些關(guān)系很容易就可以間接測(cè)量出磁滯損耗和渦流損耗。圖2-25就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。

圖2-25中，U是電源電壓，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)K不斷地接通和關(guān)斷，就可以把電源電壓調(diào)制成單極性電壓脈沖；N為變壓器初級(jí)線圈，D為反激輸出整流二極管；R1為反激輸出負(fù)載電阻；C1為濾波電容；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2-26是圖2-25電路中變壓器初級(jí)線圈兩端電壓以及電流波形圖。圖2-25中，通過(guò)改變控制開(kāi)關(guān)K的占空系數(shù)，可使變壓器初級(jí)線圈正好工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)，即：流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的電流在下一次控制開(kāi)關(guān)K接通之前為0。圖2-26中是控制開(kāi)關(guān)K的占空系數(shù)約等于0.5時(shí)，變壓器初級(jí)線圈兩端的電壓和電流波形。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K的占空系數(shù)約為0.5時(shí)，圖2-25電路基本工作于電流臨界連續(xù)或電流微斷續(xù)狀態(tài)。

在0-t1期間，控制開(kāi)關(guān)K接通，電源電壓U加于變壓器初級(jí)線圈兩端；流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流 i由iμ 和ib 兩部分組成， iμ和ib 的數(shù)值分別由（2-65）式和（2-66）式?jīng)Q定；其中， iμ為勵(lì)磁電流，其值隨時(shí)間線性上升； ib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)K關(guān)斷，變壓器初級(jí)線圈的輸入電壓為0，但變壓器初級(jí)線圈兩端的電壓不能為0，因此，變壓器初級(jí)線圈中的電流也不能等于0，勵(lì)磁電流將由t2時(shí)刻的最大值Iμm 開(kāi)始下降，以維持反電動(dòng)勢(shì)的輸出。即：勵(lì)磁電流存儲(chǔ)于變壓器鐵心中的磁場(chǎng)能量會(huì)通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)的形式向負(fù)載釋放磁能量。反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)整流二極管D整流，再經(jīng)濾波電容C1濾波后，給負(fù)載電阻R1供電。通過(guò)測(cè)量負(fù)載電阻R1兩端的電壓，很容易就可以算出反電動(dòng)勢(shì)的輸出功率，即：勵(lì)磁電流產(chǎn)生反激輸出的功率。

圖2-25中，C1濾波電容的作用是取反電動(dòng)勢(shì)的平均值，以便于測(cè)量；勵(lì)磁電流產(chǎn)生反激輸出的波形如圖2-26-a中虛線所示，不過(guò)此波形是半波平均值，并且其幅度受負(fù)載電阻大小的影響很大，其幅值就是濾波電容C1兩端直流電壓的幅值，此值一般小于輸入電壓幅度。

我們從圖2-26-b中可以看出，在輸入電壓作用期間，勵(lì)磁電流iμ 是跟隨時(shí)間線性增長(zhǎng)的；而渦流損耗電流 ib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iμ 和ib 的數(shù)值。

在對(duì)電流、電壓、功率進(jìn)行進(jìn)行計(jì)算或測(cè)量的時(shí)候，最好采用半波平均值（或半周平均值）概念，以便與開(kāi)關(guān)電源工作的時(shí)間對(duì)應(yīng)。半周平均值概念請(qǐng)參看（2-19）式和（2-20）式；半波平均值概念請(qǐng)參看第一章的內(nèi)容。這里再重復(fù)一次半波平均值的計(jì)算方法。

正半波電壓的半波平均值可由下式求得：

（2-74）、（2-75）式中，Upa和Upa-分別為各種脈沖波形的正、負(fù)半波平均值；Pu(t)和Nu(t)分別為各種脈沖波形的正波形函數(shù)（正半周）和負(fù)波形函數(shù)（負(fù)半周），τ為正、負(fù)脈沖寬度。大部分雙極性交流脈沖，其正、負(fù)半波平均值的絕對(duì)值都相等，但符號(hào)相反。