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第4章脉冲变压器 4 6脉冲变压器思考题与习题 4 6脉冲变压器 产生脉冲波电动势的变压器叫做脉冲变压器 脉冲变压器是晶闸管触发电路的常用元件之一 它在自动控制系统中主要用途是 升高或降低脉冲电压 建立负载或信号源之间的匹配关系 改变输出脉冲的极性 有时还用它来隔离信号源和负载之间的直流电位 脉冲变压器在自动控制系统的脉冲技术中 常常是输入直流方波 它是一种宽频带变压器 亦即要有足够的脉冲宽度 而且脉冲前沿要陡 后沿下降要快 只有如此才能准确可靠地触发晶体管 脉冲变压器的结构和一般控制变压器类似 由导电的绕组和导磁的铁心构成了脉冲变压器的核心部分 不过绝大多数脉冲变压器铁心做成环形 材料一般为坡莫合金或锰锌铁淦氧磁性瓷等 其绕组是双边或三边的 第三边绕组一般是为改善某种性能而设置的 绕组特点是通过改变副绕组的绕向来改变输出端脉冲信号的极性 4 6 1脉冲变压器结构 图4 18变压器输入方波电压 返回 一 原边加直流方波信号的脉冲变压器 图4 19磁滞回线 返回 4 6 2如何增大脉冲宽度 影响脉动宽度的参数 若在脉冲变压器初级连续输入方波电压U1时 图4 18 初级绕组中的励磁电流i0及其所建立的磁通之间的关系 可用磁滞回线B f H 来说明 如图4 19所示 当i0降为零时 H由Hm也降到零 由于铁心的磁滞现象 B并不为零 而为剩磁磁密Br 当i0重新增加或再度减少时 B将沿着Br到Bm 或Bm到Br 而上升或下降 如图4 19的箭头方向所示 在原绕组所加方波电压U1的0 tK时间内 铁心中磁密的变化量是 B Bm Br 次级绕组输出脉冲电势为E2K视为常数 则有 故得 4 33 式中 tK为脉冲宽度 s 即输出脉冲的持续时间 A为脉冲变压器的铁心截面积 结论 采用Bm大 Br小的磁心材料可增加脉冲宽度 图4 20有去磁绕组的脉冲变压器 一般通过去磁绕组来改变脉冲宽度 去磁磁动势F3 I3W3 当磁场强度H由Hm降到零时 通过去磁绕组产生的磁动势使磁通密度降到B f H 曲线的 B0 处 调节I3 即可以获得所需的脉冲宽度 利用变压器的简化等值电路 如图4 21所示 接上电阻负载 则脉冲变压器的电势平衡方程为 解此微分方程 并代入t 0时i 0的边界条件得 4 6 3提高脉冲前沿的陡度 影响脉冲前沿陡度的参数 故脉冲变压器的输出电压U2为 4 34 式中 T为脉冲波前沿上升的时间常数 T越小 脉冲前沿上升越快 即脉冲的陡度越大 增加变压器电阻Rk 或减小变压器电抗Xk 即减小漏电感Lk 由于增大Rk会降低输出脉冲的幅值 所以减小T的合理措施是减小漏电感Lk 结论 图4 21简化等值电路 返回 在前述分析负载电阻R L上的电流i和电压U2情况时 由于Xm XK 即Lm LK 认为励磁支路断路 故XK起主要作用 图4 22 4 6 4减少脉冲后沿的时间 影响脉冲平顶下倾参数 现在我们分析脉冲的平顶部位 电流变化慢 频率低 脉冲变压器可用低频等效电路 可忽略漏电感的影响 励磁电感Lm起主要作用 则脉冲变压器的等值电路如图4 22 a 所示 再将该电路图简化为图4 22 b 所示 则其电势平衡方程式如下 图4 22计算脉冲变压器i0的等值电路 返回 解此微分方程并代入边界条件 当t 0时 i0 0 可得 4 35 式中 T0为脉冲波平顶部分下降的时间常数 且 由图4 22 a 可知 R L上的端电压U2就是励磁电抗Xm上的电势 故有 4 36 或者 电压U1 U2分别随时间t的变化如图4 23所示 由图知 输出电压U2随时间增加而下降 这种情况又叫顶部失真 输出电压的降落程度用 U表示 4 37 图4 23 结论 要小 就要小 当不变时 T0就得大 故当 W1与R1均为常数时 可通过采用高导磁率铁心材料 并减少磁路长度和增加铁心截面积以达到增大Lm或T0 减少的目的 图4 23U1和U2的波形 返回 励磁电抗Xm 或电感Lm 将随饱和程度增加而减小 假设脉冲变压器的磁路较饱和时 U2实际值将沿图4 23虚线规律变化 显然脉冲宽度减少且电压变化率增加 这是不允许的 而且磁路饱和后 次级和初级绕组电流将很大 有可能损坏脉冲变压器 故脉冲变压器尤其是直流方波脉冲变压器的铁心要设计在不饱和状态 或者使用时U1不能过高 要符合规定值 注意 思考题与习题 1 某台变压器 额定电压U1n U2n 220 110 V 额定频率fn 50Hz 问原边能否接到下面的电源上 试分析原因 1 交流380V 50Hz 2 交流440V 100Hz 3 直流220V 2 用硅钢片制作变压器铁心 铁心型式为环形 即C形 若装配时没将两个半环压紧而留下了一段气隙如图4 26所示 问这时的励磁电流I0比两个半环压紧时的情况有何变化 3 某台单相变压器原边有两个额定电压为110V的线圈 如图4 27所示 图中副边绕组未画 若电源电压为交流220 和110V两种 问这两种情况分别将1 2 3 4这四个端点如何联接 接错时会产生什么后果 图4 26 图4 27 4 如何正确使用单相自耦调压变压器 5 变压器归算后的等值电路是如何得来的 归算的目的和条件是什么 各参数的物理意义是什么 6 脉冲变压器中如何增加脉冲宽度和提高脉冲波前沿的陡度 7 画出容性负载时变压器的相量图 8 有一台单相变压器 U1n U2n 35 6 0 kV fn 50Hz 铁心柱的有效截面积A 1120cm2 磁密Bm 1 45T 试求高 低压绕组的匝数和变压器的变比 970 166 5 833 9 一台电源变压器 原边额定电压220 副边有两个绕组 一个绕组的额定电压为450V 额定电流为0 5A 另一个绕组的额定电压为110V 额定电流为2A 问原边的额定电流约为多少 10 已知一台变压器原边额定电压为220V 额定电流为0 5A 原边绕组电阻为15 漏抗为2 副边绕组电阻为160 漏抗为25 1 704匝 W2 2080匝 当副边短路时 为使原边电流不超过额定电流 原边电压最大不能超过多少伏 提示 计算副边短路的I1时可以忽