開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載59)開(kāi)關(guān)電源變壓器鐵芯磁滯回線測(cè)量－part1

2-1-1-9．開(kāi)關(guān)電源變壓器鐵芯磁滯回線測(cè)量

現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)電源的工作效率和體積以及安全要求越來(lái)越高，在開(kāi)關(guān)電源中決定工作效率和體積以及安全要求的諸多因素，基本上都與開(kāi)關(guān)變壓器有關(guān)，而與開(kāi)關(guān)變壓器技術(shù)性能相關(guān)最大的要算是變壓器的鐵芯材料。變壓器的鐵芯材料的磁滯損耗和渦流損耗大小是決定變壓器的鐵芯材料技術(shù)性能好壞的最重要因素。因此，對(duì)變壓器的鐵芯材料進(jìn)行磁滯回線測(cè)量是必要的。

變壓器的鐵芯一般都選用鐵磁材料，鐵磁材料除了具有高的磁導(dǎo)率外，另一重要的磁性特點(diǎn)就是鐵磁材料在磁化過(guò)程中，磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H相差一個(gè)相位，這個(gè)特性稱(chēng)為磁滯現(xiàn)象。因此，當(dāng)變壓器的鐵芯被交變磁場(chǎng)磁化時(shí)，變壓器的鐵芯的磁化曲線也稱(chēng)磁滯回線。磁滯回線是介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁通密度B的關(guān)系曲線，通過(guò)測(cè)試變壓器鐵芯的磁滯回線，很容易就可以看出變壓器的鐵芯材料的主要電氣性能。

要對(duì)鐵磁材料的磁滯回線的參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試是比較麻煩的，不過(guò)用示波器顯示磁滯回線則比較簡(jiǎn)便。圖2-15是用示波器測(cè)量變壓器鐵芯磁滯回線的原理圖。在圖2-15中，變壓器T1為信號(hào)源，通過(guò)K1選擇變壓器T1次級(jí)線圈的抽頭就可以改變信號(hào)源的電壓輸出；T2為待測(cè)變壓器樣品，Dp為示波器；R1、R2、R3、R4為顯示磁場(chǎng)強(qiáng)度H的取樣電阻，取樣電壓u1作為示波器X軸偏轉(zhuǎn)顯示輸入電壓，通過(guò)K2可以選擇取樣電壓輸出，從而可以改變示波器X軸偏轉(zhuǎn)顯示的寬度；電阻R和電容C為積分電路，積分電壓u2由電容C兩端輸出，作為示波器Y軸偏轉(zhuǎn)顯示輸入電壓，以顯示磁通密度B。

下面我們來(lái)詳細(xì)分析圖2-15的工作原理。根據(jù)安培環(huán)路定律：磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任意閉合路徑一周的線積分，等于穿過(guò)閉合路徑所包圍面積的電流代數(shù)和。以及磁路的克?；舴蚨桑涸诖艌?chǎng)回路中，任一繞行方向上磁通勢(shì)NI（N為線圈匝數(shù)，I為電流強(qiáng)度）的代數(shù)和恒等于磁壓降 Hili（ Hi為磁場(chǎng)強(qiáng)度， li為磁路中磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hi 的平均長(zhǎng)度）的代數(shù)和。設(shè)流過(guò)變壓器T2初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流為i1，則可求得樣品變壓器鐵芯中的磁化場(chǎng)強(qiáng)為：

H = N1i1/l （2-32）

式中： l為變壓器樣品鐵芯的平均磁路長(zhǎng)度。設(shè)R1的端電壓為u1，則可得：

i1 = u1/R1 （2-33）

H = N1*u1/R1*l （2-34）

（2-34）式表明：在圖2-15中，任一時(shí)刻取樣電壓u1均與磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比，因此，電壓u1可以作為示波器X軸輸入電壓，用示波器的水平方向來(lái)顯示磁場(chǎng)強(qiáng)度H。
我們?cè)賮?lái)看怎樣對(duì)磁通密度B進(jìn)行顯示。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在交變磁場(chǎng)的作用下，變壓器T2次級(jí)線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e2大小為：

e2 =N2dΦ/dt =N2SdB/dt （2-35）

（2-35）式中，e2為變壓器T2次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，N2為變壓器T2次級(jí)線圈的匝數(shù)， Φ為變壓器鐵芯中的磁通，S為變壓器鐵芯的有效導(dǎo)磁截面積。
磁通密度B可以通過(guò)對(duì)（2-35）式進(jìn)行積分求得：

由（2-35）和（2-36）式可以看出，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是磁通密度對(duì)時(shí)間的微分，那么磁通密度就應(yīng)該是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)時(shí)間的積分。因此，對(duì)磁通密度B進(jìn)行顯示必須由一個(gè)積分電路組成。在圖2-15中，RC電路正好有這種積分特性。