開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)（連載50）

磁場強(qiáng)度H下降到零，但變壓器鐵芯中的磁通密度不能跟隨磁場強(qiáng)度下降到零，而只能下降到某個(gè)磁通密度剩余值，這種現(xiàn)象稱為變壓器鐵芯具有磁矯頑力，簡稱矯頑力，用Hc表示。變壓器鐵芯具有磁矯頑力，這是鐵磁材料或磁性材料最基本的性質(zhì)。同理，當(dāng)?shù)诙€(gè)直流脈沖加到變壓器初級線圈a、b兩端時(shí)，變壓器鐵芯中的磁通密度B將按圖2-2中新的磁化曲線2-3上升，磁通密度被磁場強(qiáng)度磁化到第二個(gè)最大值Bm2，使磁通密度產(chǎn)生一個(gè)增量ΔB，ΔB = Bm2－Br1 。

第二個(gè)直流脈沖結(jié)束以后，流過變壓器初級線圈中的勵(lì)磁電流下降到零，變壓器初、次級線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢，又會使磁通密度按另一條新的退磁化曲線3-4返回到第二個(gè)剩余磁通密度Br2處；當(dāng)然，Br2同樣也只是變壓器鐵芯被退磁時(shí)磁通密度變化過程中的又一個(gè)臨時(shí)剩余值。

其余依次類推，第3、4個(gè)直流脈沖電壓同樣也會讓磁通密度增加一個(gè)增量ΔB ，即：

ΔB = Bm3－Br2 = Bm4－Br3 = Bm1－0 （2-9）

（2-9）式中，ΔB為磁通密度增量；只要作用于開關(guān)變壓器線圈上的脈沖電壓的幅度U和脈沖寬度τ不變，則變壓器鐵芯片的磁化過程就會在磁通密度增量為常數(shù)（?B = 常數(shù)）的條件下進(jìn)行。

但在直流脈沖的幅度和寬度不變的情況下，磁通密度的增量ΔB不改變，并不意味著磁場強(qiáng)度的增量可以保證不變，這是磁強(qiáng)度度與磁場強(qiáng)度之間的一個(gè)重要區(qū)別。

經(jīng)過n個(gè)直流脈沖電壓之后，變壓器鐵芯中的最大磁通密度Bm和剩余磁通密度Br才能基本穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值之上，即：脈沖序列的作用達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，磁化過程將沿原始曲線上某一固定局部磁滯回線n點(diǎn)重復(fù)；這時(shí)剩余磁通密度為Br n(Br n= Br)，磁通密度變化無論磁場強(qiáng)度增長或降低，其ΔB值基本不變。顯然，局部磁滯回線固定于什么位置，對某種材料來說只取決于?B值的大小。如果?B足夠大，則局部磁滯回線的最低點(diǎn)位于最大局部磁滯回線的剩余磁通密度點(diǎn)Br點(diǎn)處。此時(shí)Br對應(yīng)每個(gè)輸入直流脈沖的起點(diǎn)，Bm對應(yīng)每個(gè)直流脈沖的終點(diǎn)。

磁通密度達(dá)到最大值Bm后不再繼續(xù)增加是可以理解的，因?yàn)?，磁通密度和磁場?qiáng)度既可以是勢能也可以是位能，兩者可以互相轉(zhuǎn)換，它們與電容充放電的過程是很相似的。例如：當(dāng)電源電壓對電容充電時(shí)，電容兩端的電壓會上升；當(dāng)電源斷開的時(shí)候，電容就會對負(fù)載放電，其兩端電壓就會下降；當(dāng)電容充電的電荷與放電的電荷完全相等的時(shí)候，電容兩端電壓紋波就會穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值之上。

用?H表示磁場強(qiáng)度增量，它在固定局部磁滯回線上磁通密度增量?B相對應(yīng)，即它們之間可用下面關(guān)系式表示：

ΔB = f(?H) （2-10）

（2-10）式稱為磁場強(qiáng)度增量?H與磁通密度增量?B的脈沖靜態(tài)特性關(guān)系。在直流狀態(tài)條件下，（2-10）式不成立。
磁場強(qiáng)度增量?H和磁通密度增量?B的對應(yīng)關(guān)系還可以用下式表示：

μ△=ΔB/?H—— 脈沖變壓器 （2-11）

（2-11）式中，μ△ 稱為脈沖靜態(tài)磁化系數(shù)，或脈沖變壓器的脈沖導(dǎo)磁率。由于脈沖導(dǎo)磁率的使用范圍比較小，對于開關(guān)變壓器我們同樣也可以用平均導(dǎo)磁率μa的概念取而待之。即：

μa=ΔBa/?Ha—— 開關(guān)變壓器 （2-12）

（2-12）式中， μa為開關(guān)變壓器的平均導(dǎo)磁率； ΔBa為開關(guān)變壓器鐵芯中的平均磁通密度增量； ?Ha為開關(guān)變壓器鐵芯中的平均磁場強(qiáng)度增量。

脈沖導(dǎo)磁率μ△ 與平均導(dǎo)磁率μa 的區(qū)別在于：一般脈沖變壓器輸入脈沖電壓的幅度以及寬度基本上都是固定的，并且是單極性脈沖，其磁滯回線的面積相對來說很小，因此，鐵芯的脈沖導(dǎo)磁率μ△幾乎可以看成是一個(gè)常數(shù)；而開關(guān)變壓器輸入脈沖電壓的幅度以及寬度都不是固定的，其磁滯回線的面積相對來說變化比較大，鐵芯導(dǎo)磁率的變化范圍也很大，特別是雙激式開關(guān)變壓器，因此，只能用平均導(dǎo)磁率μa的概念來描述。

勵(lì)磁電流或磁場強(qiáng)度對變壓器鐵芯進(jìn)行磁化時(shí)也具有類似電容器充、放電的特點(diǎn)：當(dāng)變壓器初級線圈中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度對變壓器鐵芯進(jìn)行磁化時(shí)，磁通密度就會增加，相當(dāng)于對電容器充電；當(dāng)變壓器初級線圈中的勵(lì)磁電流為零時(shí)，變壓器初、次級線圈會產(chǎn)生反電動(dòng)勢，其感應(yīng)產(chǎn)生的電流就會產(chǎn)生反向磁場對變壓器鐵芯進(jìn)行退磁，使磁通密度下降，與充電電容器對負(fù)載放電的情況很類似。