脉冲变压器

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?
第三章 脉冲变压器
3. 某台单相变压器原边有两个额定电压为 110 V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 Ｖ和 110 V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?
第三章 脉冲变压器
一、原边加直流方波信号的脉冲变压器
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图 4 - 18 变压器输入方波电压
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图 4 - 19 磁滞回线
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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。
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图 4- 22 计算脉冲变压器i0的等值电路
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(令R RL R1 ) RL R1
i0R
Lm
di0 dt
U1
R R1
解此微分方程并代入边界条件： 当t=0 时， i0=0，
可得
i0
U1 R1
(1
t
e T0
)
(4 - 35)
第三章 脉冲变压器
式中, T0为脉冲波平顶部分下降的时间常数， 且
结论： 采用Bm大，Br小的磁心材料可增加脉冲宽度。
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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。
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4.6.3 提高脉冲前沿的陡度（影响脉冲前沿陡度的参数）
利 用 变 压 器 的 简 化 等 值 电 路 ， 如 图 4-21 所 示 ， 接 上 电 阻 负
载
R
/ L
， 则脉冲变压器的电势平衡方程为
U1
i ( RK
RL )
LK
di dt
解此微分方程， 并代入t=0 时i=0 的有一台单相变压器， U1n/U2n=35/6.0(kV), fn=50 Hz， 铁心柱的有效截面积A=1120 cm 2, 磁密Bm=1.45 T， 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 Ｖ， 副边 有两个绕组， 一个绕组的额定电压为 450 V， 额定电 流为 0.5 A； 另一个绕组的额定电压为 110 V， 额定电 流为 2 A。 问原边的额定电流约为多少?
T0
Lm RL R1
RL R1
的电由势图4L-m22dd(i,t0a故)可有知，R′L上的端电压U2就是励磁电抗Xm上
或者
U2
Lm
d dt
U1 R1
(1
t
e T0
)
RL RL
R1
U1e
t T0
U2
R R1
U1e
t T0
(4 - 36)
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图4-23
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ΔU表示：
第三章 脉冲变压器
10. 已知一台变压器原边额定电压为 220 V, 额定电 流为 0.5 A， 原边绕组电阻为 15 Ω， 漏抗为 2 Ω, 副边 绕组电阻为160 Ω， 漏抗为 25Ω, Ｗ1=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时可以忽略I0。)
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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。
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图 4 – 23 U1和U2的波形
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注意!
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。
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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=50 Hz， 问原边能否接到下面的电源上? 试 分析原因。
(1) 交流380 V, 50 Hz; (2) 交流440 V, 100 Hz; (3) 直 流220 V。
第三章 脉冲变压器
第三章 脉冲变压器
11. 已知一台单相变压器的各参数如下： R1=0.4 Ω, X1σ=2.0 Ω, Xm=110 Ω, R2=0.25 Ω, X2σ=0.8 Ω, 变比k=2， 铁耗引起的等值电阻Rm=7.5 Ω， 已知该变压器接一纯 电阻负载RL=1.8 Ω。 要求：
(1) 画出T形等值电路并标出各参数值； (2) 定性画出相量图。
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ΔB=Bm-Br。
第三章 脉冲变压器
次级绕组输出脉冲电势为E2K视为常数， 则有
E2 K
W2
d dt
W2
A
dB dA
W2 A
Bm Br
K
故得
K
W2
A
Bm Br E2 K
(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。
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4.6.1 脉冲变压器结构
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。
第三章 脉冲变压器
图 4 - 21 简化等值电路
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4.6.4 减少脉冲后沿的时间（影响脉冲平顶下倾参数）
①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。
②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， 图4-22 则其电势平衡方程式如下：
第三章 脉冲变压器
图 4 - 26
第三章 脉冲变压器
图 4 - 27
第三章 脉冲变压器
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。
U
RLU1
tK
(1 e ) T0
RL R1
T0
Lm RL R1
(4 - 37)
RL R1
结论： 要 U小，tk T0 就要小，当 t k不变时，T0就得大，
故当 、RWL/1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U 的。
i
U1
t
(1 e T )
RK RL
第三章 脉冲变压器
故脉冲变压器的输出电压U2为
U2
iRL
U1RL RK RL
t
(1 e T
)
(4 - 34)
式中，
T为脉冲波前沿上升的时间常数，T
LK RK RL
结论： 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。