1、第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 4.6 脈沖變壓器脈沖變壓器 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 產(chǎn)生脈沖波電動(dòng)勢(shì)的變壓器叫做脈沖變壓器。脈沖變產(chǎn)生脈沖波電動(dòng)勢(shì)的變壓器叫做脈沖變壓器。脈沖變壓器是晶閘管觸發(fā)電路的常用元件之一。它在自動(dòng)控制系統(tǒng)壓器是晶閘管觸發(fā)電路的常用元件之一。它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中中主要用途主要用途是：升高或降低脈沖電壓；建立負(fù)載或信號(hào)源之是：升高或降低脈沖電壓；建立負(fù)載或信號(hào)源之間的匹配關(guān)系；改變輸出脈沖的極性；有時(shí)還用它來隔離信間的匹配關(guān)系；改變輸出脈沖的極性；有時(shí)還用它來隔離信號(hào)源和負(fù)載之間的直流電位。號(hào)源和負(fù)載之間的直流電位。 脈沖變壓器在自

2、動(dòng)控制系統(tǒng)的脈沖技術(shù)中，脈沖變壓器在自動(dòng)控制系統(tǒng)的脈沖技術(shù)中，常常是輸常常是輸入直流方波入直流方波。它是一種。它是一種寬頻帶寬頻帶變壓器，亦即要有足夠的脈變壓器，亦即要有足夠的脈沖寬度，而且脈沖前沿要陡，后沿下降要快，只有如此才沖寬度，而且脈沖前沿要陡，后沿下降要快，只有如此才能準(zhǔn)確可靠地觸發(fā)晶體管。能準(zhǔn)確可靠地觸發(fā)晶體管。第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)和一般控制變壓器類似，脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)和一般控制變壓器類似， 由導(dǎo)電由導(dǎo)電的的繞組繞組和導(dǎo)磁的和導(dǎo)磁的鐵心鐵心構(gòu)成了脈沖變壓器的核心部分。構(gòu)成了脈沖變壓器的核心部分。 不不過絕大多數(shù)脈沖變壓器鐵心做成環(huán)形，過絕大多數(shù)脈沖變

3、壓器鐵心做成環(huán)形， 材料一般為坡莫材料一般為坡莫合金或錳鋅鐵淦氧磁性瓷等；合金或錳鋅鐵淦氧磁性瓷等； 其繞組是雙邊或其繞組是雙邊或三邊三邊的，的， 第三邊繞組一般是為改善某種性能而設(shè)置的第三邊繞組一般是為改善某種性能而設(shè)置的， 繞組特點(diǎn)繞組特點(diǎn)是通過改變副繞組的是通過改變副繞組的繞向繞向來改變輸出端脈沖信號(hào)的極性。來改變輸出端脈沖信號(hào)的極性。第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 圖 4 - 18 變壓器輸入方波電壓 返 回一、原邊加直流方波信號(hào)的脈沖變壓器一、原邊加直流方波信號(hào)的脈沖變壓器 第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 圖 4 - 19 磁滯回線返 回第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 （

4、影響脈動(dòng)寬度的參數(shù)）（影響脈動(dòng)寬度的參數(shù)） 若在脈沖變壓器初級(jí)連續(xù)輸入方波電壓若在脈沖變壓器初級(jí)連續(xù)輸入方波電壓U1時(shí)時(shí)(圖圖4-18)， 初級(jí)繞組中的勵(lì)磁電流初級(jí)繞組中的勵(lì)磁電流i0及其所建立的磁通之間的關(guān)系，及其所建立的磁通之間的關(guān)系， 可可用磁滯回線用磁滯回線B=f(H)來說明，如圖來說明，如圖4-19 所示。當(dāng)所示。當(dāng)i0降為零時(shí)，降為零時(shí)， H由由Hm也降到零。由于鐵心的磁滯現(xiàn)象，也降到零。由于鐵心的磁滯現(xiàn)象，B并不為零，而為并不為零，而為剩磁磁密剩磁磁密Br。當(dāng)。當(dāng)i0重新增加或再度減少時(shí)，重新增加或再度減少時(shí)，B將沿著將沿著Br到到Bm(或或Bm到到Br)而上升或下降，如圖而上升

5、或下降，如圖4 - 19的箭頭方向所示。的箭頭方向所示。 在原繞組所加方波電壓在原繞組所加方波電壓U1的的 0tK時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)， 鐵心中磁密鐵心中磁密的變化量是的變化量是B=Bm-Br。第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 次級(jí)繞組輸出脈沖電勢(shì)為次級(jí)繞組輸出脈沖電勢(shì)為E2K視為常數(shù)，視為常數(shù)， 則有則有2222mrKKBBddBEWW AW AdtdA故得故得 22mrKKBBW AE (4 - 33)式中，式中， tK 為脈沖寬度為脈沖寬度(s)， 即輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間；即輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間； A 為脈沖變壓器的鐵心截面積。為脈沖變壓器的鐵心截面積。 采用采用Bm大，大，Br小的磁心材料可增

6、加脈沖寬度小的磁心材料可增加脈沖寬度。第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 圖 420 有去磁繞組的脈沖變壓器一般通過去磁繞組來改變脈沖寬度。去磁磁動(dòng)勢(shì)一般通過去磁繞組來改變脈沖寬度。去磁磁動(dòng)勢(shì)F3=I3W3，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H由由Hm降到零時(shí)，通過去磁繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)降到零時(shí)，通過去磁繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)使磁通密度降到使磁通密度降到B=f(H)曲線的曲線的“-B0”處。調(diào)節(jié)處。調(diào)節(jié)I3,即可以獲得即可以獲得所需的脈沖寬度。所需的脈沖寬度。第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 利用變壓器的簡(jiǎn)化等值電路，如利用變壓器的簡(jiǎn)化等值電路，如圖圖4-21所所示，接上電阻負(fù)示，接上電阻負(fù)載載 ， 則脈沖變壓器

7、的電勢(shì)平衡方程為則脈沖變壓器的電勢(shì)平衡方程為dtdiLRRiUKLK)(1解此微分方程，解此微分方程， 并代入并代入t=0 時(shí)時(shí)i=0 的邊界條件得的邊界條件得)1 (1TtLKeRRUi（影響脈沖前沿陡度的參數(shù)）（影響脈沖前沿陡度的參數(shù)）/LR第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 故脈沖變壓器的輸出電壓故脈沖變壓器的輸出電壓U2為為 )1 (12TtLKLLeRRRURiU(4 - 34) 式中，式中， T為脈沖波前沿上升的時(shí)間常數(shù)，為脈沖波前沿上升的時(shí)間常數(shù)， LKKRRLT T越小，脈沖前沿上升越快，即脈沖的陡度越越小，脈沖前沿上升越快，即脈沖的陡度越大。增加變壓器電阻大。增加變壓器電阻R

8、k，或減小變壓器電抗，或減小變壓器電抗Xk，即減小，即減小漏電感漏電感Lk。由于增大。由于增大Rk會(huì)降低輸出脈沖的幅值，所以減會(huì)降低輸出脈沖的幅值，所以減小小T的的合理措施合理措施是減小漏電感是減小漏電感Lk。第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 圖圖 4 - 21 簡(jiǎn)化等值電路簡(jiǎn)化等值電路 返 回第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 在前述分析負(fù)載電阻在前述分析負(fù)載電阻RL上的電流上的電流i和電壓和電壓U2情況情況時(shí)，時(shí)， 由于由于XmXK， 即即LmLK， 認(rèn)為勵(lì)磁支路斷路，認(rèn)為勵(lì)磁支路斷路， 故故XK起主要作用。起主要作用。圖4-22減少脈沖后沿的時(shí)間減少脈沖后沿的時(shí)間（） 現(xiàn)在我們現(xiàn)在我們

9、分析脈沖的平頂部位分析脈沖的平頂部位，電流變化慢，頻，電流變化慢，頻率低，脈沖變壓器可用低頻等效電路，可忽略漏電感的率低，脈沖變壓器可用低頻等效電路，可忽略漏電感的影響，勵(lì)磁電感影響，勵(lì)磁電感Lm起主要作用，則脈沖變壓器的等值電起主要作用，則脈沖變壓器的等值電路如圖路如圖4-22(a)所示。再將該電路圖簡(jiǎn)化為圖所示。再將該電路圖簡(jiǎn)化為圖 4-22(b)所示，所示，則其電勢(shì)平衡方程式如下：則其電勢(shì)平衡方程式如下：第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 圖圖 4- 22 計(jì)算脈沖變壓器計(jì)算脈沖變壓器i0的等值電路的等值電路返 回第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 解此微分方程并代入邊界條件：解此微分方

10、程并代入邊界條件： 當(dāng)當(dāng)t=0 時(shí)，時(shí)， i0=0， 可得可得)(11RRRRRLL令1100RRUdtdiLRim)1 (0110TteRUi(4 - 35)第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 式中式中, T0為脈沖波平頂部分下降的時(shí)間常數(shù)，為脈沖波平頂部分下降的時(shí)間常數(shù)， 且且110RRRRLTLLm 由圖由圖4-22(a)可知，可知，RL上的端電壓上的端電壓U2就是勵(lì)磁電抗就是勵(lì)磁電抗Xm上上的電勢(shì)的電勢(shì) , 故有故有dtdiLm000011211112)1 (TtTtLLTtmeURRUeURRReRUdtdLU (4 - 36) 或者或者 第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 電壓電壓

11、U1 , U2分別隨時(shí)間分別隨時(shí)間t的變化如圖的變化如圖4-23 所示。由圖知，所示。由圖知，輸出電壓輸出電壓U2隨隨時(shí)間增加而下降，這種情況又叫時(shí)間增加而下降，這種情況又叫頂部失真頂部失真。 輸輸出電壓的降落程度用出電壓的降落程度用U表示：表示： )1 (011TtLLKeRRURU(4 - 37) 圖4-23110RRRRLTLLm 要要 小，小， 就要小，當(dāng)就要小，當(dāng) 不變時(shí)，不變時(shí)，T0就得大，就得大，故當(dāng)故當(dāng) 、W1與與 R1 均為常數(shù)時(shí)，可通過采用高導(dǎo)磁率鐵心材均為常數(shù)時(shí)，可通過采用高導(dǎo)磁率鐵心材料，并減少磁路長(zhǎng)度和增加鐵心截面積以達(dá)到增大料，并減少磁路長(zhǎng)度和增加鐵心截面積以達(dá)到增

12、大Lm或或T0，減少減少 的目的。的目的。U0Ttkkt/LRU第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 圖 4 23 U1和U2的波形 返 回第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 勵(lì)磁電抗勵(lì)磁電抗Xm(或電感或電感Lm)將隨飽和程度增加而將隨飽和程度增加而減小減小。假設(shè)脈沖變壓器的磁路較飽和時(shí)，。假設(shè)脈沖變壓器的磁路較飽和時(shí)，U2實(shí)際實(shí)際值將沿圖值將沿圖4-23虛線規(guī)律變化，顯然脈沖寬度減少虛線規(guī)律變化，顯然脈沖寬度減少且電壓變化率增加，這是不允許的。而且磁路飽且電壓變化率增加，這是不允許的。而且磁路飽和后，次級(jí)和初級(jí)繞組電流將很大，有可能損壞和后，次級(jí)和初級(jí)繞組電流將很大，有可能損壞脈沖變壓器。故

13、脈沖變壓器。故脈沖變壓器尤其是直流方波脈沖脈沖變壓器尤其是直流方波脈沖變壓器的鐵心要設(shè)計(jì)在不飽和狀態(tài)，或者使用時(shí)變壓器的鐵心要設(shè)計(jì)在不飽和狀態(tài)，或者使用時(shí)U1不能過高，要符合規(guī)定值不能過高，要符合規(guī)定值。注意注意! !第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 1. 某臺(tái)變壓器， 額定電壓U1n/U2n=220/110 (V)， 額定頻率fn=50 Hz， 問原邊能否接到下面的電源上? 試分析原因。 (1) 交流380 V, 50 Hz; (2) 交流440 V, 100 Hz; (3) 直流220 V。第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 2. 用硅鋼片制作變壓器鐵心， 鐵心

14、型式為環(huán)形(即C形)， 若裝配時(shí)沒將兩個(gè)半環(huán)壓緊而留下了一段氣隙如圖 4 - 26 所示， 問這時(shí)的勵(lì)磁電流I0比兩個(gè)半環(huán)壓緊時(shí)的情況有何變化?第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 3. 某臺(tái)單相變壓器原邊有兩個(gè)額定電壓為 110 V的線圈， 如圖 4 - 27 所示，圖中副邊繞組未畫。 若電源電壓為交流 220 和 110 V兩種， 問這兩種情況分別將1 , 2 , 3 , 4 這四個(gè)端點(diǎn)如何聯(lián)接， 接錯(cuò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么后果?第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 圖 4 - 26 第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 圖 4 - 27 第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 4. 如何正確使用單相自耦調(diào)壓

15、變壓器? 5. 變壓器歸算后的等值電路是如何得來的? 歸算的目的和條件是什么? 各參數(shù)的物理意義是什么? 6. 脈沖變壓器中如何增加脈沖寬度和提高脈沖波前沿的陡度? 7. 畫出容性負(fù)載時(shí)變壓器的相量圖。第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 8. 有一臺(tái)單相變壓器， U1n/U2n=35/6.0(kV), fn=50 Hz， 鐵心柱的有效截面積A=1120 cm 2, 磁密Bm=1.45 T， 試求高、 低壓繞組的匝數(shù)和變壓器的變比。(970、 166、 5.833)。 9. 一臺(tái)電源變壓器， 原邊額定電壓 220 ， 副邊有兩個(gè)繞組， 一個(gè)繞組的額定電壓為 450 V， 額定電流為 0.5 A； 另一個(gè)繞組的額定電壓為 110 V， 額定電流為 2 A。 問原邊的額定電流約為多少?第第三三章章 脈沖脈沖變壓器變壓器 10. 已知一臺(tái)變壓器原邊額定電壓為 220 V, 額定電流為 0.5 A， 原邊繞組電阻為 15 ， 漏抗為 2 , 副邊繞組電阻為160 ， 漏抗為 25, 1=70