開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載58)

例如，已知磁滯回線(xiàn)面積S的值向面積S1方面靠攏，即最大磁通密度Bm以及磁通密度增量ΔB均取得比較大；那么我們可以用（2-28）式先對(duì)磁滯回線(xiàn)面積S的值估算一次，結(jié)果記為S3 ；顯然，S3的值小于磁滯回線(xiàn)面積S1的值，即磁滯回線(xiàn)面積S的值必然會(huì)落在S3與S1的值之間；因此，我們可以取S3與S1的中間值來(lái)作為磁滯回線(xiàn)面積S的值。即：

S=(S0+S3)/2=(3S0+S1)/4 ；S3=(S0+S1)/2 —— S S3 （2-30）

或

S=(S1+S3)/2=(3S1+S0)/4 ；S3=(S0+S1)/2 —— S > S3 （2-31）

（2-30）式主要用于磁滯回線(xiàn)面積S的值小于第一次估算結(jié)果的情況；（2-31）式主要用于磁滯回線(xiàn)面積S的值大于第一次估算結(jié)果的情況。顯然用（2-30）和（2-31）估算出來(lái)的結(jié)果要比用（2-28）估算出來(lái)的結(jié)果更精確。

從圖2-13可以看出，利用（2-28）或（2-30）和（2-31）式來(lái)計(jì)算變壓器鐵芯的磁滯損耗，是完全可以滿(mǎn)足工程計(jì)算要求的。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要對(duì)磁滯回線(xiàn)以及變壓器鐵芯很多參數(shù)進(jìn)行測(cè)試后，才能確定比例系數(shù)k，并且對(duì)應(yīng)不同的磁通密度增量，比例系數(shù)k的值也不一樣；關(guān)于著一點(diǎn)，請(qǐng)參考下一節(jié)《開(kāi)關(guān)電源變壓器鐵芯磁滯回線(xiàn)測(cè)量》的內(nèi)容。因此，上面分析結(jié)果只供對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)參考。

通過(guò)上面分析可知，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(xiàn)圈的勵(lì)磁電流在鐵芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)鐵芯進(jìn)行充磁和消磁時(shí)所產(chǎn)生的能耗；但并不是所有流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的電流都是屬于勵(lì)磁電流，或所有的勵(lì)磁電流都會(huì)轉(zhuǎn)化為磁滯損耗；因?yàn)?，磁感?yīng)強(qiáng)度（或輸入電壓）與磁場(chǎng)強(qiáng)度（或勵(lì)磁電流）之間存在一個(gè)相位角（參看圖2-7），另外，還有一部分勵(lì)磁電流的能量要轉(zhuǎn)化為反電動(dòng)勢(shì)輸出；例如，反激式輸出就是這樣。

磁滯損耗和后面介紹的渦流損耗是變壓器鐵芯的主要損耗，這兩種損耗是可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，但要把兩種損耗嚴(yán)格分開(kāi)，在技術(shù)上還是有點(diǎn)難度。

順便指出，上面主要是針對(duì)雙激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗進(jìn)行原理分析，對(duì)于單激式開(kāi)關(guān)變壓器，由于其磁化曲線(xiàn)只限于磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度均為正的一側(cè)，磁通密度變化的范圍基本上都在Br和Bm之間，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較?。徊⑶耶?dāng)輸入直流脈沖電壓的幅度和寬度不變時(shí)，Br和Bm的相對(duì)位置是基本不變的，其磁化曲線(xiàn)與等效磁化曲線(xiàn)（勵(lì)磁電流的負(fù)載曲線(xiàn)）基本重合，因此，磁滯回線(xiàn)的面積接近等于0，變壓器鐵芯的磁滯損耗也接近等于0，如圖2-14所示。

只有當(dāng)輸入直流脈沖電壓的幅度和寬度不斷地改變時(shí)，Br和Bm的相對(duì)位置才會(huì)跟隨輸入電壓不斷地變化，此時(shí)，其磁化曲線(xiàn)與等效磁化曲線(xiàn)（勵(lì)磁電流的負(fù)載曲線(xiàn)）不再重合，磁化曲線(xiàn)會(huì)不停地上下跳動(dòng)，磁滯回線(xiàn)的面積也在不停地改變，因此，變壓器鐵芯的磁滯損耗不能認(rèn)為等于0。

在圖2-14中，虛線(xiàn)B或0-B-B為變壓器鐵芯的初始磁化曲線(xiàn)；當(dāng)輸入直流脈沖的幅度比較低，或脈沖寬度比較窄時(shí)，磁通密度由Br1沿著磁化曲線(xiàn)a-b上升，到達(dá)Bm1后脈沖結(jié)束，然后磁通密度由Bm1沿著磁化曲線(xiàn)b-a下降回到Br1，虛線(xiàn)1是其等效磁化曲線(xiàn)。

當(dāng)輸入直流脈沖的幅度比較高，或脈沖寬度比較寬時(shí)，磁通密度由Br2沿著磁化曲線(xiàn)c-d上升，到達(dá)Bm2后脈沖結(jié)束，然后磁通密度由Bm2沿著磁化曲線(xiàn)d-c下降回到Br2，虛線(xiàn)2是另一條等效磁化曲線(xiàn)。
因此，當(dāng)輸入直流脈沖電壓的幅度和寬度不斷地改變時(shí)，變壓器鐵芯的磁通密度就會(huì)在1和2兩條等效磁化曲線(xiàn)之間對(duì)應(yīng)的磁化曲線(xiàn)上來(lái)回變化。

顯然，磁通密度從等效磁化曲線(xiàn)1跳到等效磁化曲線(xiàn)2是需要能量的。如圖2-14中，假設(shè)磁通密度由Br1上升到Bm2，但磁通密度下降時(shí)不會(huì)返回到Br1，而只能返回到Br2。因此，磁通密度上升與下降的幅度不一樣，產(chǎn)生的這個(gè)差值就是磁滯損耗。不過(guò)，單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗相對(duì)于雙激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯磁滯損耗來(lái)說(shuō)，還是很小的，甚至可以忽略。

單激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗小的原因，是因?yàn)榱鬟^(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈勵(lì)磁電流的方向不會(huì)來(lái)回改變，并且當(dāng)控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈中的勵(lì)磁電流也被切斷，原來(lái)勵(lì)磁電流存儲(chǔ)于變壓器鐵芯中的磁能量會(huì)轉(zhuǎn)換成反電動(dòng)勢(shì)向負(fù)載提供輸出；而雙激式開(kāi)關(guān)變壓器則相反，流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈勵(lì)磁電流的方向會(huì)來(lái)回改變，原勵(lì)磁電流存儲(chǔ)于變壓器鐵芯中的磁場(chǎng)能量將被新勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)制退磁，它不會(huì)向負(fù)載提供能量輸出，而只能轉(zhuǎn)化成熱能被損耗在變壓器鐵芯之中。

磁滯損耗在一般變壓器鐵芯中會(huì)引起磁致伸縮，使變壓器鐵芯產(chǎn)生機(jī)械變形和產(chǎn)生振動(dòng)，并發(fā)出聲音；有時(shí)這種聲音還很令人討厭，特別是產(chǎn)生調(diào)制交流聲的時(shí)候；解決的辦法只能改變開(kāi)關(guān)電源的工作頻率和控制信號(hào)調(diào)制包絡(luò)的頻率；如果磁致伸縮的頻率與變壓器鐵芯機(jī)械振動(dòng)（自由震蕩）的頻率相同，可能還會(huì)產(chǎn)生共振，會(huì)對(duì)變壓器造成損傷，這種情況要嚴(yán)格防止發(fā)生。