开关变压器第一讲变压器基本概念与工作原理现代电子设备对电源的工作效率、体积以及安全要求等技术性能指标越来越高，在开关电源中决定这些技术性能指标的诸多因素中，基本上都与开关变压器的技术指标有关。开关电源变压器是开关电源中的关键器件，因此，在这一节中我们将非常详细地对与开关电源变压器相关的诸多技术参数进行理论分析。在分析开关变压器的工作原理的时候，必然会涉及磁场强度H和磁感应强度B以及磁通量等概念，为此，这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。在自然界中无处不存在电场和磁场，在带电物体的周围必然会存在电场，在电场的作用下，周围的物体都会感应带电；同样在带磁物体的周围必然会存在磁场，在磁场的作用下，周围的物体也都会被感应产生磁通。现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。磁性材料或磁感应也不例外，铁磁现象的起源是由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流，这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。因此，磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。在宏观条件下，磁场强度可以定义为空间某处磁场的大小。我们知道，电场强度的概念是用单位电荷在电场中所产生的作用力来定义的，而在磁场中就很难找到一个类似于“单位电荷”或“单位磁场”的带磁物质来定义磁场强度，为此，电场强度的定义只好借用流过单位长度导体电流的概念来定义磁场强度，但这个概念本应该是用来定义电磁感应强度的，因为电磁场是可以互相产生感应的。幸好，电磁感应强度不但与流过单位长度导体的电流大小相关，而且还与介质的属性有关。所以，电磁感应强度可以在磁场强度的基础上再乘以一个代表介质属性的系数来表示。这个代表介质属性的系数人们把它称为导磁率。在电磁场理论中，磁场强度H的定义为：在真空中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场的作用力F跟电流I和导线长度的乘积I 的
MOSFET开关管工作的最大占空比Dmax： 式中：Vor为副边折射到原边的反射电压，当输入为AC220V时反射电压为135V；VminDC为整流后的最低直流电压；VDS为MOSFET功率管导通时D与S极间电压，一般取10V。 变压器原边绕组电流峰值IPK为: 式中：η为变压器的转换效率；Po为输出额定功率，单位为W。 变压器原边电感量LP: 式中：Ts为开关管的周期(s)；LP单位为H。 变压器的气隙lg:
式中：Ae为磁芯的有效截面积(cm2)；△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T)；Lp单位取H，IPK单位取A，lg单位为mm。 变压器磁芯 反激式变换器功率通常较小，一般选用铁氧体磁芯作为变压器磁芯，其功率容量AP为 式中：AQ为磁芯窗口面积，单位为cm2；Ae为磁芯的有效截面积，单位为cm2；Po 是变压器的标称输出功率，单位为W；fs为开关管的开关频率；Bm为磁芯最大磁感应强度，单位为T；δ为线圈导线的电流密度，通常取200～300A/cm2，η是变压器的转换效率；Km 为窗口填充系数，一般为0.2~0.4；KC为磁芯的填充系数，对于铁氧体为1.0。 根据求得的AP值选择余量稍大的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有效使用系数较高，同时可以减少漏感。 变压器原边匝数NP: 式中：△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T)，Ae单位为cm2，Ts单位为s。 变压器副边匝数Ns:
式中：VD为变压器二次侧整流二极管导通的正向压降。 功率开关管的选择 开关管的最小电压应力UDS 一般选择DS间击穿电压应比式(9)计算值稍大的MOSFET功率管。 绕组电阻值R： 式中：MUT为平均每匝导线长度(cm)；N为导线匝数； 为20℃时导线每cm的电阻值(μΩ)。 绕组铜耗PCU为： 原、副边绕组电阻值可通过求绕组电阻值R的公式求出，当求原边绕组铜耗时，电流用原边峰值电流IPK来计算;求副边绕组铜耗时，电流用输出电流Io来计算。 磁芯损耗 磁芯损耗取决于工作频率、工作磁感应强度、电路工作状态和所选用的磁芯材料的性能。对于双极性开关变压器，磁芯损耗PC：
变压器的漏感与分布电容影响分析 漏感与分布电容对输出波形的影响开关电源变压器一般可以等效成图2-43所示电路。在图2-43中，Ls为漏感，也可称为分布电感，Cs为分布电容，为励磁电感，R为等效负载电阻。其中分布电容Cs还应该包括次级线圈等效到初级线圈一侧的分布电容，即次级线圈的分布电容也可以等效到初级线圈回路中。图2－43 开关电源变压器等效电路设次级线圈的分布电容为C2，等效到初级线圈后的分布电容为C1，则有下面关系式：上式中，Wc2为次级线圈分布电容C2存储的能量，Wc1为C2等效到初级线圈后的分布电容C1存储的能量；U1、U2分别为初、次级线圈的电压，U2 = nU1，n = N2/N1为变压比，N1 、N2分别为初、次级线圈的匝数。由此可以求得C1为：C1 = n2C2 （2-121）（2-120）式不但可以用于对初、次级线圈分布电容等效电路的换算，同样可以用于对初、次级线圈电路中其它电容等效电路的换算。所以，C2亦可以是次级线圈电路中的任意电容，C1为C2等效到初级线圈电路中的电容。由此可以求得图2-43中，变压器的总分布电容Cs为：Cs = Cs1 + C1 = Cs1 +n2C2 （2-122）(2-122)式中，Cs为变压器的总分布电容，Cs1为变压器初级线圈的分布电容；C1为次级线圈电路中总电容C2（包括分布电容与电路中的电容）等效到
初级线圈电路中的电容；n = N2/N1为变压比。图2-43开关变压器的等效电路与一般变压器的等效电路，虽然看起来基本没有区别，但开关变压器的等效电路一般是不能用稳态电路进行分析的；即：图2-43中的等效负载电阻不是一个固定参数，它会随着开关电源的工作状态不断改变。例如，在反激式开关电源中，当开关管导通时，开关变压器是没有功率输出的，即负载电阻R等于无限大；而对于正激式开关电源，当开关管导通时，开关变压器是有功率输出的，即负载电阻R既不等于无限大，也不等于0 。因此，分布电感与分布电容对正激式开关电源和反激式开关电源工作的影响是不一样的。图2-44和图2-45分别是开关电源变压器与电源开关管连接时的工作原理图和各点工作电压的波形图。在图2-44中，当开关管Q1导通时，无论是对正激式开关电源或反激式开关电源，分布电感Ls都会对流过开关管Q1的电流Id起到限制作用，即降低Id的电流上升率，这对保护开关管是有好处的；因为，开关管刚导通的时候，电流在管芯内部是以扩散的形式由一个点向整个面扩散的，如果电流上升率太大，很容易使开关管因局部面积电流密度过大造成损伤。分布电感Ls和分布电容Cs可以看成是一个串联振荡回路，当开关管Q1开始导通的时候，输入脉冲电压的上升率大于串联振荡回路自由振荡电压的上升率，因此，振荡回路开始吸收能量，输入电压对Ls和Cs进行充电，此时，振荡
开关电源变压器的漏感 任何变压器都存在漏感，但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。由于开关变压器漏感的存在，当控制开关断开的瞬间会产生反电动势，容易把开关器件过压击穿；漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路，使电路产生振荡并向外辐射电磁能量，造成电磁干扰。因此，分析漏感产生的原 理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。 开关变压器线圈之间存在漏感，是因为线圈之间存在漏磁通而产生的；因此，计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。要计算变压器线圈之间存在的漏磁通，首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处，就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的，并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。另外，在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时，比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理，而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。 图2-30是分析计算开关变压器线圈之间漏感的原理图。下面我们就用图2-30来简单分析开关变压器线圈之间产生漏感的原理，并进行一些比较简单的计算。 在图2-30中，N1、N2分别为变压器的初、次级线圈，Tc 是变压器铁芯。r 是变压器铁芯的半径，r1、r2分别是变压器初、次级线圈的半径；d1为初级线圈到铁芯的距离，d2为初、次级线圈之间的距离。为了分析计算简单，这里假设变压器初、次级线圈的匝数以及线大比特电子变压器论坛 h t t p ://b b s .b i g -b i t .c o m
径相等，流过线圈的电流全部集中在线径的中心；因此，它们之间的距离全部是两线圈之间的中心距离，如虚线所示。 设铁芯的截面积为S ，S=πr2；初级线圈的截面积为S1，S1=πr 21；次级线圈的截面积为S2，S2=πr22；初级线圈与铁芯的间隔截面积为Sd1，Sd1=S1－S ；次级线圈与初级线圈的间隙截面积为Sd2，Sd2=S2－S1；电流I1流过初级线圈产生的磁场强度为H1， 在面积S1之内产生的磁通量为φ1，在面积Sd2之内产生的磁通量 为φ1'；电流I2流过次级线圈产生的的磁场强度为H2，磁通量为φ2。 图2.30 由此可以求得电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量为：大比特电子变压器论坛 h t t p ://b b s .b i g -b i t .c o m
开关电源变压器测试标准 正常的试验大气条件(除有规定条件除外，均应在正常试验条件下进行试验)： 温 度： 15~35℃ 相对湿度： 45%~75% 气 压： 86~106kPa 一、直流铜阻 目的：保证每一绕组使用正确的漆包线规格。 仪器：TH2511低直流电阻测试仪。 方法：变压器各绕组在温度为20℃时的直流电阻，应符合产品规格书的标准。 若测量环境温度不等于20℃时，应按下面的公式换算 R 20=θ +5.2345 .254R θ 式中： R 20——温度为20时的直流电阻，Ω； R θ ——温度为θ 时测得的直流电阻，Ω； θ——测量时的环境温度，℃。 二、电感量 目的：确保使用正确的磁性材料及绕组圈数的正确性。 仪器：WK3255B 电桥。 方法：对变压器测试端施加额定条件的电桥，测试电感量。见图1 图1 开路
三、直流叠加 目的：检验磁芯的磁饱和特性或实际工作条件下的磁芯特性。 仪器：WK3255B 电桥；FJ1772A 直流磁化电源。 方法：对变压器测试端施加规定的直流电流，用电桥测试电感量。见图2 图2 图中I 0 —— 在测试端N1绕组施加的直流电流 四、漏感 目的：保证绕组处于骨架上正确的位置以及磁性材料的气隙大小的正确性。 仪器：WK3255B 电桥。 方法：将所测变压器次级端短路，在初级端施加额定条件的电桥测试电感量。 见图3 图3 五、绝缘电阻 目的：保证每一绕组对磁芯、静电屏蔽及各绕组间绝缘电阻性能满足所需的 技术指标。 仪器：2679绝缘电阻测试仪。 短 路
方法：用绝缘电阻测试仪对变压器的初次级绕组间或绕组和磁芯、静电屏蔽间施加直流电压500V，测试绝缘电阻值。 不作包装或简易包装的非灌封、浇注结构的元件，测量常态绝缘电阻 前，可先进行预处理。预处理方法：清除变压器表面的尘垢，再将变 压器放入温度80±5℃的烘箱内，保持表1规定的时间从箱内取出， 在正常大气条件下放置48h。 表1 六、绝缘耐压 目的：保证绕组使用了正确的材料和绕组处于正确的位置并提供所需的安全隔离等级。 仪器：2671绝缘耐压测试仪。 方法：将试验电压施加在被测绕组与磁芯、静电屏蔽间，其他绕组与磁芯及静电屏蔽相连。 试验电压在2KV以上时，应从零开始逐渐升高电压至规定值，并保持 规定时间，然后逐渐将试验电压降至零再切断电源。 七、相位 目的：保证每个绕组绕线方向的正确性，即同名端位置是否符合要求。 仪器：3250综合测试仪。 图4 左图黑点标明该变压器的同名端；即表示1、3为绕组的绕线起头端。
详解开关电源变压器的漏感 任何变压器都存在漏感，但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响 特别重要。由于开关变压器漏感的存在，当控制开关断开的瞬间会产生反电动势，容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈 的分布电容组成振荡回路，使电路产生振荡并向外辐射电磁能量，造成电磁干扰。因此，分析漏感产生的原理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要 内容之一。 开关变压器线圈之间存在漏感，是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此，计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。要计算变压器线圈 之间存在的漏磁通，首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。我们知道螺旋线 圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处，就是螺旋线圈中磁场 强度分布是基本均匀的，并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。另外，在计 算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时，比较复杂的情况可用麦克斯韦定理 或毕-沙定理，而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。 在设铁芯的截面积为S，S=πr2;初级线圈的截面积为S1，S1=πr21;次级 线圈的截面积为S2，S2=πr22;初级线圈与铁芯的间隔截面积为Sd1，Sd1=S1-S; 次级线圈与初级线圈的间隙截面积为Sd2，Sd2=S2-S1;电流I1流过初级线圈产生的磁场强度为H1，在面积S1之内产生的磁通量为φ1，在面积Sd2之内产生的磁通量为φ1’;电流I2流过次级线圈产生的的磁场强度为H2，磁通量为φ2。 由此可以求得电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量为： 电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量 (2-95)、(2-96)式中，μ0sd2H2=φ2就是变压器次级线圈N2对初级线圈 N1的漏磁通;因为，这一部分磁通没有穿过变压器初级线圈N1。漏磁通可以等
首先我们要感谢小鹏同学，能促成此次活动小鹏同学辛苦了。 原创：我们不是科学家只是使用者我对此的理解为学习的资料系统化活学活用，实践整理为自己的东西能把不明白的人讲明白的东西（这里说句题外话会做的工程师是死记硬搬了别人东西那么你只能是同 等级下最低的那个工程师，会做能把不会的人说明白了，是你把别人的东西活学活用转换成了自己的东西徒弟多了人际也就打开了，我经常跟我教过的人说我教你的东西你要实践对比验证，知道是别人的，做了才是你自己的），所以不需要查字典对原创二字解释，对你自己理解有帮助就好，当然照篇翻的肯定是不行的，当然有些太深奥的东西不要去深究我们是使用者理解就好，当然透彻的研究更好，但是我们不是专业科研人员只是使用者所以我们不会有太多的时间研究我 们所用到的各种知识。我这就是犯病了非得研究漏感还整到这个点。就像上面说的我们是使用者注重的是理解，会有错误的地方，有能帮我纠正想法的十分感谢，辉哥对磁这一块我比较佩服，辉哥指点指点。大家都知道减小漏感的方法我们来研究一下为什么会减小。 设计上： 减小初级绕组的匝数NP； 增大绕组的宽度（例如选EE型磁芯，以增加骨架宽度b）； 减小各绕组之间的绝缘层； 增加绕组之间的耦合程度。 工艺上： 每一组绕组都要绕紧，并且要分布平均
引出线的地方要中规中矩，尽量成直角，紧贴骨架壁 不能绕满一层的要平均疏绕满一层 1、漏感是什么，通俗的大家都理解没有耦合到副边的磁通（能量）我翻阅了基本资料，说法都不同，个人更喜欢用下图理解Np导线流过I就会产生一个磁场，这个磁场穿过相邻的导线Ns就会在Ns上感应一个电压抵消外界磁场的作用，此感应电流同样作用在Ns上，NpNs 电流方向相反，根据右手定律磁场方向也相反，Ns的磁场阻值下图d2部分的磁通二次穿过Ns。下图d2面积中的磁通能量为漏感。 磁芯截面积S=πr2 Np截面积Sp=πr12 Ns截面积 Ss=πr22
输出变压器的简易测试 ----欧博M100KIT套件试用记 安玉景 自制电子管功放的最大困难莫过于绕制输出变压器和加工底盘。输出变压器的素质是决定功放音质的关键所在，而自制一个高质量的输出变压器是相当困难的。本人经过反复试验，多次失败后，绕制的输出变压器虽然也达到了相当满意的水平，但完成复杂的绕制工艺、烘干、真空浸漆等一系列程序也不是件轻而易举的事情，总是让人绕完这一对，就不想再做下一对了。因此虽早有朋友让我代为制作一台功放，但总是一拖再拖，半年一年过去了，仍迟迟不愿动手。购买成品变压器和底盘来制作功放，当然是事半功倍。因为自制底盘既费工费时，又不容易做得美观。再说，进口的输出变压器（如TAGNO,AUDIO NOTE等）国内难以购到，退一步说，即使能购得到，其价格也难以接受，足足可以用这笔钱买一台质量上好的国产整机。国内也有不少厂商销售输出变压器，其中大公司的产品质量比较有保证，是公司的设计师们多年实践经验和心血的结晶，技术含量高，但价格也相对较高。还有一些名不见经传的小厂产品，价格较低，但质量如何，却是令人心中无底。几年前，本人经不住广告词的诱惑，曾邮购了南方某厂生产的一只300B单端环形输出变压器，回来一测，阻抗为4kΩ（标称为3.5kΩ），初级电感量仅6.5H。装在机上一测频响更糟，－3dB下限频率高达56Hz,在高频端22kHz处还有一个+2dB的峰，只好将它弃之不用。幸亏当时已经有了“邮购经验”，仅邮了一只，否则损失更严重。邮购犹如“隔山买牛”，没有“后悔药”可吃，只有吃一堑长一智。今年二月，看到《电子世界》杂志上刊登有欧博M100KIT套件供应的消息，价格仅整机价格的一半多点，这对于有点动手能力的胆机爱好者来说，确实是件令人心动的事。但我仍然心有余悸，不免在想，在前置和倒相级的印刷电路已经安装焊接完毕的前提下，价格竟下跌了一千多元，是不是其中的关键器件──输出变压器的质量上有什么妥协？故不敢冒然邮购。M 100整机我们听过，音质价格比很高，这也是该产品在石家庄销路很好的原因之一，M 100 KIT套件的输出变压器与整机中所用的是否一样？带着这个疑虑，本地一个胆机发烧友亲赴北京欧博公司，咨询了公司总经理。刘总经理言道：“M 100 KIT中的变压器与整机中所用的变压器是完全一样的，我们没有必要再为套件另外制作一批质量低一档次的变压器。”有他这句话，那位朋友当即带回两套件。我听说以后，也通过欧博公司的河北经销商──天歌电器购买了一套。 买回套件后的第一件事，当然是检查输出变压器。先从底板下面卸下输出变压器圆罩的三只φ3mm固定螺母，取下黑色圆罩，即可按下述步骤进行检查测试。 输出变压器的简易测试 首先是外观检查，其铁芯外面缠绕了一层黑色不干胶带，撕去以后，即可看见其硅钢片，片厚约0.35mm，冲制工艺一般，不够整齐光滑，而且其中硅钢片的颜色深浅有所不同，不象我们几个发烧友从广东某公司邮购来的硅钢片那样整齐光滑，颜色黝黑，不用外罩也非常美观。又看到铁芯未曾浸漆，只将线包作过浸漆处理，所以给人的第一印象不怎么样，可以说工艺水平甚至比不上六七十年代上海无线电二十七厂或上无二厂的变压器。因此初步打算，等测量完其他指标以后如果满意的话，再把它拆下来作整体烘干浸漆处理。本人未曾见过M 100整机中的输出变压器是否也是这个样子？因为它藏在一个黑色的“遮羞罩”中。据曾见过其庐山真面目的发烧友说，二者是相同的，仅从这一点上看，欧博刘总的话是可信的。但总对其硅钢片有点“耿耿于怀”，于
一、电感对整流电路的影响有哪些如何分析 1.变压器漏感 ◆实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感LB 表示，并将其折算到变压器二次侧。 ◆由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间。 2.现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广 ◆假设负载中电感很大，负载电流为水平线。 图为考虑变 压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形◆分析从VT1换相至VT2的过程 在ωt1时刻之前VT1导通，ωt1时刻触发VT2，因a 、b 两相均有漏感，故ia 、ib 均不能突变，于是VT1和VT2同时导通，相当于将a 、b 两相短路，两相间电压差为ub-ua ，它在两相组成的回路中产生环流ik 如图所示。 ik=ib 是逐渐增大的，而 ia=Id-ik 是逐渐减小的。 当ik 增大到等于Id 时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。 换相过程持续的时间用电角度λ表示，称为换相重叠角。 ◆基本数量关系
?换相过程中，整流输出电压瞬时值为 ?换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，ud 平均值降低的多少，即 ?换相重叠角λ √由式（3-30）得出： 进而得出： 当 时， 于是有 √随其它参数变化的规律： ⑴Id 越大则λ越大； ⑵XB 越大λ越大； ⑶当α≤90时，α越小γ越大。 2d d d d b a b a d u u t i L u t i L u u k B k B +=-=+=5566 55d b d b b B 66565B B B d 0 6d 13()d()[()]d()2/32d d 33 3d()d 2d 22d k I k k i U u u t u u L t t i L t L i X I t ππαγαγππααπ αγπαωωππωωπ π π+++++++++?=-=--= ==??? ?B 2B a b 2)65(sin 62)(d d L t U L u u t i k πω-=-=2256 B B 6655sin()d()[cos cos()]26 26 t k U U i t t t X X ωπαππ ωωαω+= -=--? γ αω+=t d I i k =)] cos([cos 26B 2d γαα+-=X U I 2 d B 62)cos(cos U I X = +-γαα
一、填空题（每空1分，34分） 1、实现有源逆变的条件 为 和。 2、在由两组反并联变流装置组成的直流电机的四象限运行系统中，两组变流装置分别工作在正 组状态、状态、反组状 态、状态。 3、在有环流反并联可逆系统中，环流指的是只流经而不流经 的电流。为了减小环流，一般采用αβ状态。 4、有源逆变指的是把能量转变成能量后送 给装置。 5、给晶闸管阳极加上一定的电压；在门极加上电压，并形成足够 的电流，晶闸管才能导通。 6、当负载为大电感负载，如不加续流二极管时，在电路中出现触发脉冲丢失时 与电路会出现失控现象。 7、三相半波可控整流电路，输出到负载的平均电压波形脉动频率为 H Z；而三相全控桥整流电路，输出到负载的平均电压波形脉动频率为 H Z；这说 明电路的纹波系数 比电路要小。 8、造成逆变失败的原因 有、、、 等几种。 9、提高可控整流电路的功率因数的措施
有、、 、等四种。 10、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于电流之前，如去 掉脉冲，晶闸管又会关断。 三、选择题（10分） 1、在单相全控桥整流电路中，两对晶闸管的触发脉冲，应依次相差度。 A 、180度； B、60度； C、360度； D、120度； 2、α= 度时，三相半波可控整流电路，在电阻性负载时，输出电压波形处于连续和断续的临界状态。 A、0度； B、60度； C 、30度； D、120度； 3、通常在晶闸管触发电路中，若改变的大小时，输出脉冲相位产生移动，达到移相控制的目的。 A、同步电压； B、控制电压； C、脉冲变压器变比； 4、可实现有源逆变的电路为。 A、单相全控桥可控整流电路 B、三相半控桥可控整流电路 C、单相全控桥接续流二极管电路 D、单相半控桥整流电路 5、由晶闸管构成的可逆调速系统中，逆变角βmin选时系统工作才可靠。 A、300~350 B、100~150 C、00~100 D、00 四、问答题（每题9分，18分） 1、什么是逆变失败？形成的原因是什么？ 2、为使晶闸管变流装置正常工作，触发电路必须满足什么要求？ 五、分析、计算题：（每题9分，18分） 1、三相半波可控整流电路，整流变压器的联接组别是D/Y—5，锯齿波同步触发电路中的信号综合管是NPN型
基于ANSYS的漏感变压器仿真计算 0 引言 随着微波炉的普及，微波炉的需求越来越多，大量制造时需要考虑节约成本以及性能要求，漏感变压器作为微波炉核心器件之一，影响着微波炉整体性能以及制造费用。 漏感变压器作为一种特殊的变压器，他不但能起到变压的作用；同时由于漏感的存在，还能起到稳定电压的作用，这是由于当初级电压变化时产生的磁通量没有全部锁定在铁芯中形成主磁通，而是有一部分分布在线圈与空气之间。当初级电压变化时，次级的感应电动势的变化就不会如理想变压器那么剧烈，也就起到了稳压的作用。 由于漏感分布在线圈和空气中，传统的分析方法是采用路的分析方法，无法计算漏感确切的分布位置以及强度，长期以来只能靠经验来判定。另一方面，传统的计算方法只能得到宏观特性，不能得到精细的变压器内部结构。再加上铁芯的材料一般都是非线性的，这使得计算求解更加困难，只能用线性B-H曲线代替求解，使得计算不准确。要想得到变压器的精确数据，就只有依靠数值计算和计算机技术。 ANSYS是基于有限元法的一款计算软件，可用来分析电磁场领域的多项问题。它充分利用了各种计算方法的优点，发展出了适用于不同情况的电磁分析模块，其中Emag模块主要应用于低频电磁分析，其主要特点是：非线性磁场分析和场路耦合分析，这对于计算非线性材料非常有用，尤其是磁性材料，主要应用于电击、变压器、电磁开关以及感应加热等领域。 1 变压器基本原理与漏磁场 ，U1为初级线圈电压，N1为初级线圈的匝数，U2为次级线圈电压，N2为次级线圈的匝数，对初级线圈加上一定的电压，按电磁感应定律，会在次级线圈上得到感应电动势，在没有电阻、漏磁及铁损的情况下，变压器是理想变压器，原线圈和副线圈的匝数比等于原电压和副电压之比。 ，如果在原线圈两端外加一正弦交流电压U1，则原线圈中将有交变电流I1通过，因而在铁心中将激励一交变磁通。为了便于分析问题，将总磁通分成等效的两部分磁通，其中一部分磁通沿着铁心闭合，同时与原、副线圈相交链，称为互感磁通或主磁通，用φ表示；另一部分磁通主要沿非铁磁材料(如空气)闭合且仅与原线相交链，称为原线圈漏磁通，表示为φ1，还有一部分只与次级线圈相交链的称为副线圈漏磁通，表示为φ2。主磁通占总磁通的绝大部分，而漏磁通只占很小的一部分(0．1％～0．2％)。 如果仅仅是依靠空气和线圈之间的漏感，是不能达到漏感变压器稳定电压的要求的，因此人为的在初、次级线圈中间加入漏磁冲片，引导部分磁场从这里穿过，形成高漏磁。 2 漏感变压器二维耦合仿真 ANSYS是以麦克斯韦方程组作为电磁场分析的出发点。在电磁场计算中，经常对麦克斯韦方程组进行简化，以便能运用分离变量法、格林函数法等求解得到电磁场的解析解。在实际工程中，ANSYS利用有限元方法，根据具体情况给定的边界条件和初始条件，用数值解法去求其数值解。有限元方法计算未知量(自由度)主要是磁位或者通量，关心的物理量可以由这些自由度导出。根据甩户选择的单元类型和单元选项的不同，ANSYS计算的自由度也不同，可以使标量磁位、矢量磁位或者是边界通量。 对于变压器，需要研究随时间变化的外加场产生的磁场、次级屯压等参数，故采用二维矢量位方法。矢量位方法每个节点有3个自由度，Ax，Ay，Az，表示遭x，y，z方向上的磁矢量位自由度。在电压馈电或电路耦合分析中又为磁矢量位自由度增加了另外3个自由度：电位(VO-LT)、电流(CURR)、电动势降(EMF)。由矢量磁位可首先计算出磁通密度。他的值在
一、单项选择题。本大题共29个小题，每小题2.0 分，共58.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.器件在高频工作情况下，电力电子器件的损耗主要是（）损耗。 A. 导通 B. 关断 C. 开关 2.把直流变换为直流的电路叫做（）电路。 A. 整流 B. 逆变 C. 斩波 D. 交流电力控制 3.二极管阳极和阴极间加反向电压，其处于（）状态。 A. 导通 B. 开关 C. 截止 4.晶闸管阳极加正向电压，门极加触发信号，其处于（）状态。 A. 导通 B. 开关 C.
截止 5.对已经触发导通的晶闸管，如果阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管是（）状态。 A. 导通 B. 开关 C. 截止 6.晶闸管的额定电流是（）。 A. 正向通态电流平均值 B. 正向通态电流有效值 7.当流过IGBT的电流较大时，其通态电阻具有（）温度系数。 A. 正 B. 负 C. 零 8.GTO是（）驱动型器件。 A. 电流 B. 电压 C. 电荷 9.单相全波可控整流电路带阻感负载时，晶闸管的移相范围为（）。 A. 900
B. 1200 C. 1500 D. 1800 10.单相桥式全控整流电路带阻感负载时，输出电压波形脉动频率为（）。 A. 1/2电源频率 B. 电源频率 C. 两倍电源频率 D. 三倍电源频率 11.单相桥式可控整流电路带反电动势大电感负载，输出电压波形为（）。 A. 与阻性负载时相同 B. 与感性负载时相同 C. E D. 12.单相桥式全控整流电路带反电动势大电感负载，与带大电感负载比较，输出电压 （）。 A. 增大 B. 减小 C.
变压器漏感产生的因素： 1.绕线的方式 2.绕线时是否采用屏蔽铜皮，绕线的紧密程度等有关系。 3.变压器所使用的材质不同，漏感也会有所区别。 4.变压器是否开气隙对漏感影响也非常大。由于气隙的原因，气隙之间会存在一个相对的大气空间，磁力线通过气隙空间时会向四周扩散，也就是漏磁!气隙越深，漏感会越大; 5.变压器绕组材料和圈数，对漏感也有些影响。线径的大小、普通漆包线和纱包线等对变压器的漏感的影响也不一样。线径越小绕制越紧密、绝缘性能越好漏感会相应降低!线圈的匝数越多漏感也会越大。 6.变压器工作频率低，测试漏感的频率低，也是漏感大的因数。 解决变压器产生漏感的方法： 1.变压器绕线方法，具体的绕线方式如下：(1)双线并绕法：将初、次级线圈的漆包线合起来并绕,即所谓双线并绕.这样初、次级线间距离最小,可使漏感减小到最小值.但这种绕法不好绕制,同时两线间的耐压值较低.(2)逐层间绕法：为克服并绕法耐压低、绕制困难的缺点,用初、次级分层间绕法,即1、3、5行奇数层绕初级绕组,2、4、6等偶数层绕次级绕组.这种绕法仍可保持初、次级间的耦合,又可在初、次级间垫绝缘纸,以提高绝缘程度。(3)夹层式绕法：把次级绕组绕在初级绕组的中间,初级分两次绕.这种绕法只在初级绕组中多一个接头,工艺简单,便于批量生产.为减小分布参数的影响,初级采用双线并绕连接的结构,次级采用分段绕制,串联相接的方式,即所谓堆叠绕法或者叫三明治绕法。降低绕组间的电压差,提高变压器的可靠性。还有平绕法、乱绕法等其他方法。这两种绕线方法由于漏感与上述的绕线方法相比会相对偏大，所以一般不采用。 2.采用屏蔽铜皮漏感会相应减少。绕线越紧，漏感一般越小。为了减少变压器初、次级线圈之间的漏感，在绕制变压器线圈的时候可以把初、次级线圈层与层之间互相错开。 3.材质选择不同，例如PC95材质和PC40材质;由于这两种材质的磁导率和饱和磁感应强度不一样，在进行变压器设计时变压器的初次级线圈的匝数和工作磁场都会不一样。线圈匝数和变压器的工作磁场对变压器的漏感会产生直接影响。频率较高的情况下用于PC95。 4.在变压器体积允许的前提下增大铁芯截面积以减少绕组匝数，这是因为变压器漏感与绕组匝数的平方成正比;降低变压器原、副边绕组间的绝缘层厚度;增加绕组高度;变压器原、副边绕组交错绕制都可以降低漏感。 注意：（1）另外漏感不可能无限制的减少，因为为了降低漏感必然会加大线圈的
比如：我知道铁芯的截面积，窗高，中心距，最大片宽，匝电势。如何计算线圈的其他数据，或是有没有现成的公式套进去计算就可以。说的易懂一点谢谢大家问题补充： 先谢谢2楼的，我基础不好，大家有没有电力变压器的例题啊比如S9-100/10的或是其他的容量。是不是计算还有差异啊 答：只要知道铁芯中柱的截面积、导磁率即可以计算匝数，知道功率就能计算线径。 例题： 变压器初级电压220V，次级电压12V，功率为100W，求初、次级匝数及线径。 选择变压器铁芯横截面积： S＝1.25×根号P＝1.25×根号100＝1.25×10≈13(平方CM)， EI形铁芯中间柱宽为3CM，叠厚为4.3CM，即3×4.3 求每伏匝数：N＝4.5×100000/B×S B＝硅钢片导磁率，中小型变压器导磁率在6000～12000高斯间选取，现今的硅钢片的导磁率一般在10000高斯付近，取10000高斯。 公式简化：N＝4.5×100000/10000×S＝45/S N＝45/13≈3.5(匝)
初、次级匝数： N1＝220×3.5＝770(匝) N2＝12×3.5＝42(匝) 在计算次级线圈时，考虑到变压器的漏感及线圈的铜阻，故须增加5%的余量。 N2＝42×1.05≈44(匝) 求初、次级电流： I1＝P/U＝100/220≈0.455(A) I2＝P/U＝100/12≈8.33(A) 求导线直径：(δ是电流密度，一般标准线规为每M㎡：2～3A间选取，取2.5A) D＝1.13×根号(I/δ) D＝1.13×根号(0.455/2.5)＝0.48(MM) D＝1.13×根号(8.33/2.5)＝2.06(MM) 初级线径：∮0.48，匝数：770；次级线径：∮2.06，匝数：44
下面是开关电源设计务必掌握的知识： 1、开关变压器的伏秒容量 2、变压器磁芯的磁化曲线 3、开关变压器初级线圈匝数的计算 4、开关变压器磁芯气隙的选取 5、开关变压器的直流迭加特性 希望从事开关电源设计的工程师对此感兴趣！ 1.概述 伏秒容量是开关变压器的一个极其重要的参数，但很多人在设计开关变压器的时候都把这个重要参数忽视了。很多人在设计开关变压器的时候，都是根据开关电源的工作频率和输出功率来计算开关变压器的初级线圈电感量，而在实际应用中，这种方法有很大的局限性，因为变压器铁心的导磁率并不是一个常数，它的初始导磁率和有效导磁率相差非常大，即变压器线圈的静态电感量和动态电感量相差很大。如图1所示，图中，B为变压器铁心的初始磁化曲线，为导磁率变化曲线，为励磁电流。 另外，单端磁化开关电源变压器一般都需要留气隙，气隙的大小对变压器线圈的电感量影响非常大，因此，有人通过调整气隙的长度来调整变压器线圈的电感量，显然这中方法是错误的。用这种方法设计出来的开关变压器，不是容易出现磁饱和就是初、次级线圈漏感过大，使开关管过流或过压损坏，并且还容易产生EMI干扰和降低工作效率。 1.1开关变压器的工作原理
图2反激式开关电源变压器的工作原理图，由于反激式开关电源在开关接通期间，变压器只存储能量，不输出功率，因此，在开关接通期间，图2电路可以等效成图3电路。 在图3电路中，当开关接通时，电源E对电感L1进行充磁，并产生励磁电流i1，如果把L1看成是一个常数，则i1由下式表示： 很多人就是根据（2）式和（3）式来确定开关变压器初级线圈的电感量的。 1.2开关变压器的磁化工作曲线 由于变压器铁芯的导磁率与工作点有关，它不是一个常数，所以，图3中的电感也不是一个常量，它会随着磁化工作点不断改变，而磁化工作点则由脉冲宽度和消磁电流来决定。 开关变压器的消磁电流，主要是流过变压器次级线圈的电流，流过次级线圈的电流越大，磁回线的面积就越大，即剩磁就越小，变压器线圈存储的能量就越多。因此，变压器铁芯的剩磁大小不是固定的，它会随着开关电源输出电压的脉冲宽度以及输出电流不断地在变化。如图4。
正确理解变压器输出阻抗及其测量方法 每台变频电源内部往往都配一台输出变压器，其漏感与直流电阻及外接电容共同组成二阶RLC滤波电路，以滤除逆变高次谐波。通常L和C的大小不是一成不变的，需要根据电源整机功率、基波频率、载波频率等参数确定L和C的大小。那么我们如何测量变压器的漏感是否满足呢？ 分析： 次级串联（电源高档输出）时： 将初级短路 Uo =ω*L2*I2+e2+ r2*I2 =ω*L2*I2+N*(ω*L1*(N*I2))+r2*I2+N*(r1*(N*I2)) =ω*I2*(L2+N*N*L1)+I2*(r2+N*N*r1) =ω*I2*L+I2*R 那么L= L2+N*N*L1； R= r2+N*N*r1； 可知，这个L和R就是变压器等效的输出电感和输出电阻。也就是说，将初级短路，次级串联，测得的电感量即为电源高档输出时的实际滤波电感量。 次级并联（电源低档输出）时： 将初级短路
Uo =ω*L2*I2+e2+ r2*I2 =ω*L2`*I2+N/2*(ω*L1*(N/2*I2))+r2`*I2+N/2*(r1*(N/2*I2)) =ω*I2*(L2`+N*N/4*L1)+I2*(r2`+N*N/4*r1) =ω*I2*L+I2*R 那么L`= L2`+N*N/4*L1； R`= r2`+N*N/4*r1； 可知，这个L`和R`就是变压器等效的输出电感和输出电阻。也就是说，将初级短路，次级并联，测得的电感量即为电源低档输出时的实际滤波电感量。 综上，电源的高档和低档输出时，滤波电感量是不同的，高档是电感量为L=L2+N*N*L1，而低档时电感量为L`=L2`+N*N/4*L1，其实还有一个隐含条件没有利用 也就是电感量与匝数的平方成正比，那么L2`= L2/4。这时L`= L2/4+N*N/4*L1= L/4，也就是说并联的漏感为串联漏感的1/4。目前已经通过试验结果的推算和LCR表的测量证明这一结论的正确性。 附录：
气隙与漏感的关系 磁芯饱和就相当于变压器的一次侧是个空心线圈（相当于短路），它的电流会很大，一直上升到烧坏变压器或者保险管为止。 磁芯气隙是磁芯空气间隙的简称，一般铁氧体，和硅钢的磁芯都不是一个整体的闭合体，是由E字体对接的对接口处有意无意留下的间隙就是磁芯气隙，所以人们不需要磁芯气隙时可以采用环型变压器，用到磁芯气隙时就故意加大对接的缺口，或在缺口处垫非导磁材料，如高温纸。 高频变压器才开气隙，是为了防止铁芯磁饱合，因为UPS中有高次诣波，所以要开气隙，但变压器开气隙的原理和电感是不一样的。变压器都是硅钢片拼成的，两个对着的硅钢片之间的间隙叫气隙。气隙大了当然磁阻就大了。变压器留气隙是为了防止在工作中产生磁饱和！气隙是在铁芯交合处留的缝隙!和绕线无关。有了气隙的确是增加了磁阻，但却是有益的！气隙的作用是减小磁导率，使线涠特性较少地依赖于磁芯材料的起始磁导率。气隙可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制电感量。然而，在气隙降低磁导率的情况下要求线圈圈数较多，相关的铜损也增加，所以需要适当的折中。 一般反激式电源，在气隙较小时，气隙越小，功率越小，气隙越大，功率越大，一般气隙能调到满足最大输出功率即可当然任何条件下不能进入饱和区即输入电流不能出现上冲现象。在磨气隙时可用一小条水沙纸(加水磨速度较快较平)，底下垫玻璃,要气隙大就磨中间，想减小点气隙就磨两边。 反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数，由于反激电源需要变压器储存能量，要使变压器铁芯得到充分利用，一般都要在磁路中开气隙，其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率，使变压器能够承受大的脉冲电流冲击，而不至于铁芯进入饱和非线形状态，磁路中气隙处于高磁阻状态，在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。 变压器初次极间的耦合，也是确定漏感的关键因素，要尽量使初次极线圈靠近，可采用三明治绕法，但这样会使变压器分布电容增大。选用铁芯尽量用窗口比较长的磁芯，可减小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。 反激电源变压器磁芯工作在单向磁化状态，所以磁路需要开气隙，类似于脉动直流电感器。部分磁路通过空气缝隙耦合。为什么开气隙的原理本人理解为：由于功率铁氧体也具有近似于矩形的工作特性曲线（磁滞回线），在工作特性曲线上Y轴表示磁感应强度（B），现在的生产工艺一般饱和点在400mT以上，一般此值在设计中取值应该在200-300mT比较合适、X轴表示磁场强度（H）此值与磁化电流强度成比例关系。磁路开气隙相当于把磁体磁滞回线向X轴向倾斜，在同样的磁感应强度下，可承受更大的磁化电流，则相当于磁心储存更多的能量，此能量在开关管截止时通过变压器次级泻放到负载电路，反激电源磁芯开气隙有两个作用，其一是传递更多能量，其二防止磁芯进入饱和状态。 反激电源的变压器工作在单向磁化状态，不仅要通过磁耦合传递能量，还担负电压变换输入输出隔离的多重作用。所以气隙的处理需要非常小心，气隙太大可使漏感变大，磁滞损耗增加，铁损、铜损增大，影响电源的整机性能。气隙太小有可能使变压器磁芯饱和，导致电源损坏。 当在变压器铁芯中留有气隙时，由于空气的导磁率只有铁芯导磁率的几千分之一，磁动势几乎都降在气隙上面。因此，留有气隙的变压器铁芯，其平均导磁率将会大大下降；不但
一、电感对整流电路的影响有哪些？如何分析？ 1.变压器漏感 ◆实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感LB 表示，并将其折算到变压器二次侧。 ◆由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间。 2.现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广 ◆假设负载中电感很大，负载电流为水平线。 图为考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形◆分析从VT1换相至VT2的过程 在ωt1时刻之前VT1导通，ωt1时刻触发VT2，因a 、b 两相均有漏感，故ia 、ib 均不能突变，于是VT1和VT2同时导通，相当于将a 、b 两相短路，两相间电压差为ub-ua ，它在两相组成的回路中产生环流ik 如图所示。 ik=ib 是逐渐增大的，而 ia=Id-ik 是逐渐减小的。 当ik 增大到等于Id 时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。 换相过程持续的时间用电角度λ表示，称为换相重叠角。 ◆基本数量关系 ?换相过程中，整流输出电压瞬时值为 ?换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，ud 平均值降低的多少，即 2 d d d d b a b a d u u t i L u t i L u u k B k B += -=+=5 56655d b d b b B 66565B B B d 6 d 13()d()[() 2/32d d 333d()d 2d 22d k I k k i U u u t u u L t t i L t L i X I t ππαγαγ ππααπ αγπαωωππωωπ ππ +++++++++?=-=--= = = ?? ??
漏感怎么测_影响漏感的因素 漏感是指线圈间互补交链的漏磁通所产生的电感。简单的讲就是衡量两组线圈的耦合程度。 漏感怎么测测试方法：用LRC电桥测量，将次级的绕组短路，测量初级的电感量就是漏感。设定好频率，一般用1K，短接负边绕组后就可以测量原边漏感了。测量时，在不同的频率下的电磁常数不相同也会造成不同。 测出的漏感是视在漏感，实际上是寄生电容和寄生电感的综合反映。 将次级侧短路，初级侧加电压至额定电流。这种方法叫做变压器短路试验。 变压器的T型等值模型中，出，次级漏抗接在串连支路中，励磁阻抗接在并联支路中。在做短路试验时励磁电流很小，一般为额定电流的3％，故可将励磁阻抗支路忽略。变压器模型简化称出，次级漏抗串连模型。由于次级短路，故初级侧外施电压除以电流即为该变压器的漏抗。在额定电流下的电压除以额定电压称为该变压器的短路电压百分数。 一般情况下，我们所指的原边漏感主要是指不能耦合到副边的磁场能量所引起的电感量（非严格义意上的原边漏感），更确切一点的定义是：短路副边测得的原边电感量。通常测漏感主要是短路副边（如有两个副边，就短路两个副边）再测，如遇RCC变压器，在测漏感时正反馈绕组一般就无需短路。 假设变压器原边到副边的互感（耦合）系数为1，即原边的能量能100%传递到副边，那么此时如短路副边，则原边的等效AC阻抗就变为零（忽略绕组的DC阻抗）；如互感系数小于1，就意味着原边的能量不能100%传递到副边，此时不能耦合传递的那部分能量就会以原边感抗的形式体现出来，不能耦合的能量越多，表现出来的感抗也就越大，这就是我们所测到的短路副边时的原边漏感。 影响漏感的因素对于固定的已经制作好的变压器，漏感与以下几个因素有关： K：绕组系数，正比于漏感，对于简单的一次绕组和二次绕组，取3，如果二次绕组与一次绕组交错绕制，那么，取0.85，这就是为什么推荐三明治绕制方法的原因，漏感下降很多很多，大概到原来的1/3还不到。