很多人小時候就接觸變壓器,很神奇。居然可以調整電壓,但是對其原理卻一無所知。初高中,可以了解他的幾個基本性質。
對於標准變壓器 1.輸入功率=輸出功率 2.電壓與匝數比成正比,電流與匝數比成反比
那時候知識只能支撐到這里,再多沒有了。等工作后我們實際應用時會遇到難題如下
1.既然匝數比等於電壓比 舉個例子:輸入220V,輸出110V。我們可以使用 2:1匝數比,為什么輸入不能只使用2匝,輸出1匝。這樣多省線圈 3.功率和磁芯有什么關系,為什么有的磁芯大有的磁芯小。 如何確定匝數,如何了解其根本內涵(內部的電磁轉換到底是什么,什么才是關鍵)
這些問題一直困擾着我,通過大量閱讀,最終窺的一點心得。
1.一切要圍繞磁場來說,一定強度和頻率的磁場可以感應出一定的電壓,一定的電壓又可以感應出一定的磁場。比例是固定的線性關系。那么初級和次級的電壓匝數比就好解釋了,比如220V -220圈,每圈感應出 X磁場,通過磁芯增強為NiX.傳導到次級線圈也是NoX電壓。不管匝數如何變化,磁場都是比例變化,確保電壓比恆定。這里可以闡述另一個問題,匝數問題,為何要這多匝數。匝數由誰決定,分析可以知道,匝數基本由初級線圈決定,初級線圈越多,平攤到每匝線圈的電壓就越小(國外有人對變壓器分析按照電壓分析,對我有很大啟發),每匝線圈感應出來的磁場就越小。(根據磁場理論可以知道,反向感應電動勢需要抵消正向電動勢,這時候初級線圈才能平衡,最小的反向感應電動勢就是最小的勵磁電流,這個電流在理想變壓器應該和電壓相位呈現剛好180度相位,全是無功功率)。總體來說就是匝數越多,平攤每匝電壓越小。需要的勵磁電流反向電動勢越小。但是需要的銅線越多。反着匝數少,平攤到每匝線圈的電壓太多,就需要足夠強的勵磁磁場來產生反向電動勢,磁芯余量也會減小(磁芯容易飽和,可以用來做功的磁場余量變小),變壓器靜態損耗也會增加(電流大,電阻損耗)。
2.現在從磁場來分析,為什么磁芯有大有小。對於次級線圈,如果沒有負載。對整個磁路來說沒有任何影響。一旦次級負載鏈接工作,電流流動起來,消耗起來,反向勵磁磁場被消耗,變壓器初級每匝線圈電壓就不能平衡,在極低的銅線阻抗上開始感應出更強的電流(其實就是為了維持反向電動勢,不得不增強磁場強度,以抵消次級消耗的磁場,解釋這個現象也有很多人有自己的解釋方法,但是原理基本是這樣)(從本質來說,電流似乎與磁場強度是更親近的,畢竟電壓代表的是 電子流動速度(流動的渴望性),電流代表的是單位橫截面積電子的數量(燈絲為什么會發熱?led為什么會發光?能量從何而來?電子撞到原子核湮滅發出的能量還是電子撞到原子核損失的動能?電子本質是疊加死循環的一串振動波--超弦理論?電子的隨機性是因為波的共振使他可以方便的在一定空間隨機轉移?以太存在不,最底層的波介質靠什么,電磁波真的沒有介質?電阻和電動機消耗方式不同,電動機反向磁場減弱了電子流動速度)。總體來說,能量在磁路上傳輸,次級消耗了多少磁,初級就要產生多少磁。
3.磁芯,磁芯是什么?磁芯可以理解為一個儲能元件,類似電容。只不過電容存的電荷,磁芯存儲的是磁場(磁芯材料原子,分子排列的方向。有些原子周圍電子可以規律的運行,總體疊加后展現為一個等效電子對一個方向旋轉,那么運動的電荷會產生磁場--一種等效頻率波?萬有引力到底是不是電磁效應的宏觀表現?)。細致來講,一根導線在磁芯上以一定電流產生一定的磁場,磁芯會不斷吸收能量,強化磁場(極限呢?個人認為單根導線磁化能力有限,而且對於交流信號,磁場是變化的,磁化沒多久就開始磁場轉向了,而且磁路一般都有面積,單根最多也只能磁化它挨着的很小局部面積)。對於次級,功率確定,電流確定,每匝電流需要吸收的磁場能量就確定,匝數也決定了總共需要吸收的磁能。也就決定了總的磁路磁場最大強度。這時候需要重點考慮的就是磁芯飽和,對於一般磁芯都是S滯回曲線,最大功率時候的最大磁場強度不能超過磁芯的最大耐受強度。不然磁芯一旦飽和,就不在增加磁場能量了。次級持續吸收導致,整個磁路不平衡。初級每匝線圈都開始不平衡,有剩余電壓,開始產生極大的電流,從而導致開關器件的損壞。
對於常見幾中開關變壓器來說
1.小功率的 正激反激
https://bbs.21dianyuan.com/forum.php?mod=viewthread&tid=143248
適用於DCM
ccm(電流持續模式) DCM(電流中斷模式)如果磁芯不變,匝數越多越容易飽和,匝數過少,勵磁電流又會特別大。
https://bbs.21dianyuan.com/thread-324964-1-1.html
我在看電源書籍的時候,看到反激變壓器人匝數計算公式:N=U*D/B*AE *F ,這個是變壓器原邊最小匝數計算公式。說是為了保證工作時磁芯不飽和,但是書上又說,N不可太多,太多匝數會造成磁飽和 B*AE=I*N/Rm。看起來有矛盾,N太少 磁芯會飽和,N太多磁芯也會飽和,真的是非常的奇怪。 經過我的仔細思考,發現了其中的關聯:1.在一定負載情況下,如果原邊繞組的伏秒積不變得前提下,增加匝數N 磁通密度肯定是下降的。
2.在增加原邊匝數后,想要保證伏秒積不變,必須保證電感L不變,就是要通過增加氣息保證電感L不變,V*T=L*I, 3.如果只增加原邊匝數,但是不管原邊電感L,假如原邊匝數增加M倍,電感量增加M2,要保證帶負載,電流I是不能減少的,這樣就導致 伏秒積是原來的M*M倍,磁感應強度B=伏秒積/N/AE ,所以,B就會變成原來的 M倍。
4.保證L不變,增加N 可減少B,但是如果只增加N,卻不管電感L,B就會大幅上升,引起磁飽和。
5.在正激變壓器中,曾加N,不會出現磁飽和情
BMAX =(IP*LP) /(NP*AE)
這個公式里面,假定LP不變,NP越大,Bmax越小,越不容易飽和。
但是LP是磁導率和匝數N的函數;
LP=u0ur*N^2*Ae/L
u0ur是等效磁導率(與磁芯磁導率和氣隙大小有關,氣隙越大,等效磁導率越小),Ae,L是磁芯的參數:截面積和磁路長度。
如果假定LP不變的情況下討論,則磁導率與N^2成反比;所以要降低Bmax,需要增大NP,同時要開更大的氣隙保證LP不變。
如果沒有LP不變的提前,
BMAX =u0ur*H
=u0ur*N*IP/L
氣隙不變,匝數越大,越容易飽和。
3.全橋 2.半橋