增長(zhǎng)的幅度與下降的幅度就基本一樣大。雙激式變壓器與單激式變壓器的區(qū)別主要是兩者輸入電壓的參數(shù)不一樣。單激式變壓器輸入的電壓是單極性直流脈沖，而雙激式變壓器輸入的電壓是雙極性交流脈沖。
為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們把雙激式變壓器開(kāi)關(guān)電源等效成如圖2-5所示電路。圖2-5與圖2-1所示電路的不同之處在于，圖2-1輸入電壓是直流脈沖方波，而圖2-5輸入電壓是交流脈沖電壓方波。因此，圖2-5所示電路與一般的變壓器電路在工作原理上沒(méi)有根本的區(qū)別。
在圖2-5中，當(dāng)一系列序號(hào)為1、2、3、…的交流脈沖電壓方波分別加到變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)線圈中就會(huì)分別有兩個(gè)正、反方向的勵(lì)磁電流流過(guò)，同時(shí)，在開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯中就會(huì)分別產(chǎn)生正、反兩個(gè)方向的磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的磁化作用下又會(huì)產(chǎn)生與磁場(chǎng)強(qiáng)度H對(duì)應(yīng)的磁通密度B或磁通
。
圖2-6是雙激式開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系圖，或稱變壓器鐵芯磁化曲線圖或磁滯回線圖。之所以把圖2-6磁滯回線圖，是因?yàn)榇磐芏菳比磁場(chǎng)強(qiáng)度H滯后一個(gè)相位或者一段時(shí)間。
如果開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯在這之前從來(lái)沒(méi)有被任何磁場(chǎng)磁化過(guò)，并且開(kāi)關(guān)變壓器的伏秒容量足夠大，那么，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)交流脈沖的正半周電壓加到變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，在變壓器初級(jí)線圈中將有勵(lì)磁電流流過(guò)，并在變壓器鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)；在磁場(chǎng)強(qiáng)度H的作用下，變壓器鐵芯中的磁通密度B將會(huì)按圖2-6中o-a磁化曲線上升；當(dāng)脈沖電壓的正半周將要結(jié)束時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度到達(dá)最大值Hm，同時(shí)對(duì)應(yīng)的磁通密度也被磁化到最大值Bm。磁通密度在增加，表示流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正在對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行充磁。
第一個(gè)交流脈沖的正半周電壓結(jié)束后，雖然輸入電壓由正的最大值突然降到0 ，但流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流不能馬上下降到零，因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度H也不會(huì)馬上下降到零；此時(shí)，變壓器的初、次級(jí)線圈會(huì)同時(shí)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，由于反電動(dòng)勢(shì)的作用，在變壓器的初、次級(jí)線圈回路中會(huì)有電流流過(guò)，這種回路電流屬于感應(yīng)電流，或稱感生電流，感應(yīng)電流會(huì)在變壓器鐵芯中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，使變壓器鐵芯退磁，磁場(chǎng)強(qiáng)度H開(kāi)始由最大值Hm逐步退到0 。
但變壓器鐵芯中的磁通密度B卻不會(huì)跟隨磁場(chǎng)強(qiáng)度下降到零，由于變壓器鐵芯具有磁矯頑力，變壓器鐵芯鐵芯的磁化過(guò)程是不可逆的，因此磁通密度被退磁時(shí)并不是按充磁時(shí)的o-a磁化曲線原路返回，而是按另一條新的磁化曲線a-b返回到b點(diǎn)，即：剩余磁通密度Br處；因此，磁通密度位于b點(diǎn)的值，人們都習(xí)慣地把它稱為剩余磁通密度，或簡(jiǎn)稱“剩磁”，用Br表示。[page]
當(dāng)輸入交流脈沖電壓由正半周轉(zhuǎn)換成負(fù)半周的時(shí)候，勵(lì)磁電流的方向也要改變，使變壓器鐵芯繼續(xù)進(jìn)行退磁，磁通密度由b點(diǎn)沿著b-c磁化曲線繼續(xù)退磁到c點(diǎn)，此時(shí)，磁通密度雖然為零，但對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度并不為零，而是一個(gè)負(fù)值；當(dāng)勵(lì)磁電流按相反的方向繼續(xù)增加時(shí)，磁通密度也相應(yīng)地按相反的方向沿著c-d磁化曲線繼續(xù)增加，此時(shí)，變壓器鐵芯由退磁轉(zhuǎn)變?yōu)楸环聪虺浯?；?dāng)磁通密度沿著磁化曲線c-d增加到達(dá)d點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到負(fù)的最大值-Hm，磁通密度也同時(shí)達(dá)到負(fù)的最大值-Bm 。
第一個(gè)交流脈沖的負(fù)半周電壓結(jié)束后，輸入電壓將由負(fù)的最大值突然降到0 ，但流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流不能馬上下降到零，因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度H也不會(huì)馬上下降到零；同理，變壓器的初、次級(jí)線圈會(huì)同時(shí)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流會(huì)在變壓器鐵芯中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，使變壓器鐵芯退磁，磁場(chǎng)強(qiáng)度H由負(fù)的最大值-Hm逐步退到0；由于變壓器鐵芯具有磁矯頑力，因此，磁通密度的下降并不是按充磁時(shí)的磁化曲線c-d原路返回到c，而是按另一條新的磁化曲線d-e返回到e點(diǎn)，即：負(fù)的剩余磁通密度-Br。
第一個(gè)交流脈沖結(jié)束后，第二個(gè)交流脈沖對(duì)變壓器鐵芯的磁化并沒(méi)有重復(fù)第一個(gè)交流脈沖的磁化過(guò)程。當(dāng)?shù)诙€(gè)交流脈沖的正半周電壓到來(lái)時(shí)，磁通密度卻是從磁化曲線的e點(diǎn)-Br位置開(kāi)始的，其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0，然后磁通密度沿著磁化曲線e-f上升，經(jīng)過(guò)0后再沿著磁化曲線f-a升到最大值Bm，對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為最大值Hm。
其余類(lèi)推，每輸入一個(gè)正、負(fù)脈沖，磁通密度都會(huì)沿著磁化曲線e-f-a上升到最大值Bm，然后又沿著磁化曲線a-b-c-d下降到負(fù)的最大值-Bm 。
下面我們繼續(xù)對(duì)變壓器鐵芯的初始磁化曲線過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析。
圖2-3是多個(gè)直流脈沖電壓連續(xù)加到變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，輸入脈沖電壓與變壓器鐵芯中磁通密度B或磁通
對(duì)應(yīng)變化的曲線圖。圖2-3-a）為輸入電壓各個(gè)直流脈沖之間的相位圖，圖2-3-b）為變壓器鐵芯中磁通密度B或磁通 對(duì)應(yīng)各個(gè)輸入直流脈沖電壓變化的曲線圖。圖2-3-c）為變壓器鐵芯中磁場(chǎng)強(qiáng)度H對(duì)應(yīng)磁通密度B或磁通和各個(gè)直流脈沖電壓之間變化的曲線圖。[page]從圖2-3-a）和圖2-3-b）可以看出，每輸入一個(gè)直流脈沖電壓，變壓器鐵芯中的磁通密度B或磁通
就要線性增長(zhǎng)和下降一次（對(duì)于純電阻負(fù)載，磁通密度下降不是線性的）。在開(kāi)始輸入直流脈沖電壓的時(shí)候，磁通密度B或磁通增長(zhǎng)的幅度大于下降的幅度。這是因?yàn)椋瑒傞_(kāi)始工作的時(shí)候，磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行磁化時(shí)還沒(méi)有使磁通密度或磁矯頑力達(dá)到接近飽和的程度；要經(jīng)過(guò)若干個(gè)過(guò)程以后，磁通密度B或磁通
增長(zhǎng)的幅度與下降的幅度才會(huì)一樣大，這說(shuō)明變壓器鐵芯中的磁矯頑力已經(jīng)基本達(dá)到飽和。這個(gè)過(guò)程與儲(chǔ)能濾波電容剛開(kāi)始充電時(shí)的過(guò)程是很相似的。從圖2-3-c）中還可以看出，在直流脈沖電壓剛輸入的時(shí)候，磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的幅度開(kāi)始是比較小的，隨著直流脈沖輸入的個(gè)數(shù)不斷增加，其變化的幅度也在不斷增加，但磁通密度增量ΔB卻基本沒(méi)有改變；直到磁通密度達(dá)到最大值Bm之后，磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的幅度才基本趨于穩(wěn)定；這說(shuō)明勵(lì)磁電流的變化幅度開(kāi)始的時(shí)候也是比較小的，隨后勵(lì)磁電流變化的幅度也會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的幅度增加而增加。
當(dāng)變壓器鐵芯初次被直流脈沖電壓產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁化的時(shí)候，磁場(chǎng)強(qiáng)度和勵(lì)磁電流的變化幅度都要經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，然后才基本趨于穩(wěn)定，并且磁場(chǎng)強(qiáng)度和勵(lì)磁電流變化的幅度是由小到大；這個(gè)原因，主要是因?yàn)樽儔浩麒F芯開(kāi)始的時(shí)候?qū)Т怕时容^大，而后，導(dǎo)磁率逐步變小的緣故。圖2-4是變壓器鐵芯導(dǎo)磁率和磁通密度對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的曲線圖。
在圖2-4中，曲線Ｂ為磁通密度對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的關(guān)系曲線，曲線 為導(dǎo)磁率對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的關(guān)系曲線。由于我們這里把磁場(chǎng)強(qiáng)度作為自變量，而磁通密度和鐵芯導(dǎo)磁率都作為因變量，因此，我們同樣可以把曲線Ｂ和曲線 統(tǒng)稱為變壓器鐵芯的磁化曲線。
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由于圖2-4所示的磁化曲線，只有在開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯從來(lái)沒(méi)有被任何磁場(chǎng)磁化過(guò)，僅當(dāng)在第一次被磁場(chǎng)極化時(shí)才會(huì)出現(xiàn)；當(dāng)開(kāi)關(guān)變壓器工作正常之后，這種初始狀態(tài)就會(huì)被破壞和不復(fù)存在；因此，我們把圖2-4所示的磁化曲線稱為初始磁化曲線。雖然我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，很少碰到如圖2-4所示的磁通密度對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的初始磁化曲線，但在實(shí)際應(yīng)用中，人們還是習(xí)慣于用它來(lái)對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行磁化過(guò)程分析或?qū)ψ儔浩鞯膮?shù)進(jìn)行計(jì)算，因此，初始磁化曲線也有人把它稱為基本磁化曲線。
從圖2-4中可以看出，變壓器鐵芯導(dǎo)磁率最大的地方，既不是磁化曲線的起始端，也不是磁化曲線的末端，而是在磁化曲線中間偏左的位置。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H繼續(xù)增大時(shí)，磁通密度B將會(huì)出現(xiàn)飽和；此時(shí)，不但磁通密度增量ΔB會(huì)下降到0，導(dǎo)磁率 的值也會(huì)下降到接近0。在設(shè)計(jì)單激式開(kāi)關(guān)變壓器的時(shí)候，都有意在變壓器鐵芯中預(yù)留出一定的氣隙。
由于空氣的導(dǎo)磁率與鐵芯的導(dǎo)磁率相差成千上萬(wàn)倍，因此，只要在磁回路中留百分之一或幾百分之一的氣隙長(zhǎng)度，其磁阻或者磁動(dòng)勢(shì)將會(huì)大部分降在氣隙上，因此磁心也就很難飽和。例如，當(dāng)氣隙長(zhǎng)度達(dá)到總磁路長(zhǎng)度的百分之一時(shí)，變壓器鐵芯的Br與Bm之比，將小于百分之十；同時(shí)變壓器鐵芯的最大導(dǎo)磁率 也會(huì)從5000以上下降到只有幾十至幾百之間。
但變壓器鐵芯導(dǎo)磁率出現(xiàn)0的情況在一些控制電路中也有特殊應(yīng)用，例如，磁放大器或磁調(diào)制器就是利用導(dǎo)磁材料的導(dǎo)磁率受磁場(chǎng)強(qiáng)度影響的原理來(lái)工作的。目前大量使用的50周大功率穩(wěn)壓電源基本上都是使用磁放大器來(lái)對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制。
但對(duì)于交流脈沖，磁通密度由0經(jīng)過(guò)磁化曲線o-a上升到最大值Bm之外，后面任何一個(gè)電壓脈沖加于變壓器初級(jí)線圈a、b兩端，變壓器鐵芯被磁化，磁通密度都不會(huì)再經(jīng)過(guò)磁化曲線o-a。因此，圖2-6中磁化曲線o-a與圖2-4所示的磁化曲線B一樣，也叫初始磁化曲線或基本磁化曲線。
從圖2-6還可以看出，雖然磁通密度被磁場(chǎng)強(qiáng)度磁化的時(shí)候可以同時(shí)到達(dá)正、負(fù)最大值，但在磁場(chǎng)強(qiáng)度經(jīng)過(guò)零的時(shí)候，磁通密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度總是出現(xiàn)一個(gè)相位差。
圖2-7是多個(gè)交流脈沖電壓連續(xù)加到變壓器初級(jí)線圈a、b兩端時(shí)，輸入脈沖電壓與變壓器鐵芯中磁通密度B或磁通
對(duì)應(yīng)變化的曲線圖。圖2-7-a為輸入電壓各個(gè)交流脈沖之間的相位圖，圖2-7-b為變壓器鐵芯中磁通密度B或磁通
對(duì)應(yīng)輸入交流脈沖電壓變化的曲線圖；圖2-7-c為變壓器鐵芯中磁場(chǎng)強(qiáng)度H對(duì)應(yīng)磁通密度B或磁通和各個(gè)交流脈沖之間變化的曲線圖。
從圖2-7-a）和圖2-7-b）可以看出，每輸入一個(gè)交流脈沖電壓，變壓器鐵芯中的磁通密度B或磁通 就要線性增長(zhǎng)和下降一次，磁通密度變化的范圍是從負(fù)的最大值-Bm到正的最大值Bm，并且增長(zhǎng)和下降的速率基本一樣。從圖2-7-c）可以看出，每輸入一個(gè)交流脈沖電壓，變壓器鐵芯中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H也要增長(zhǎng)和下降一次，但增長(zhǎng)和下降的速率卻不一樣；增長(zhǎng)的速度慢，而下降的速度快，這是因?yàn)樽儔浩鞒?、次線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)與輸入電壓同時(shí)對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行退磁的原因。
從圖2-7與圖2-3進(jìn)行對(duì)比可以看出，雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器鐵芯的磁化過(guò)程，不會(huì)出現(xiàn)單激式開(kāi)關(guān)電源變壓器鐵芯需要經(jīng)過(guò)多個(gè)輸入脈沖后，磁通密度B或磁通 增長(zhǎng)的幅度與下降的幅度才能達(dá)到穩(wěn)定的情況。相對(duì)來(lái)說(shuō)，雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器鐵芯的磁化過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定需要的時(shí)間非常短；從輸入第一個(gè)脈沖開(kāi)始，磁通密度B或磁通
增長(zhǎng)的幅度與下降的幅度就基本一樣大；并且變壓器鐵芯中的磁通密度B或磁通的增長(zhǎng)或下降都是線性的；因?yàn)椋斎腚妷赫?、?fù)半周的幅度都相等，而輸入電壓正比于變壓器初級(jí)線圈的匝數(shù)與磁通對(duì)時(shí)間變化速率的乘積。
