陶顯芳老師談開關變壓器的工作原理與設計之一——開關變壓器的伏秒容量與測量
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以前我們在檢查50周工頻變壓器質量好壞的時候，一般都要檢查50zhougongpinbianyaqizaizuigaoshurudianyazhixia，liuguokaiguanbianyaqichujixianquandelicidianliu，huoloudianliu。danmuqianhenduorenzaijianzhakaiguanbianyaqizhilianghaohuaideshihou
，yibandouzhijianzhakaiguanbianyaqidedianganlianghuolougandaxiao。xianzai

，womennengbunengyexiangjianzha50周工頻變壓器那樣
，檢查開關變壓器的勵磁電流呢？——很hen難nan。因yin為wei開kai關guan變bian壓ya器qi一yi般ban都dou是shi工gong作zuo於yu單dan極ji性xing磁ci化hua狀zhuang態tai，測ce試shi開kai關guan變bian壓ya器qi的de勵li磁ci電dian流liu需xu要yao一yi個ge大da功gong率lv直zhi流liu脈mai衝chong輸shu出chu電dian源yuan，這zhe種zhong大da功gong率lv直zhi流liu脈mai衝chong輸shu出chu電dian源yuan工gong作zuo很hen不bu安an全quan，操cao作zuo也ye不bu方fang便bian。

為此，我們可以采用另一種更簡便的方法，即：電dian流liu迭die加jia法fa，來lai對dui開kai關guan變bian壓ya器qi進jin行xing伏fu秒miao容rong量liang進jin行xing測ce試shi。電dian流liu迭die加jia法fa就jiu是shi在zai開kai關guan變bian壓ya器qi線xian圈quan中zhong迭die加jia一yi直zhi流liu電dian流liu
，讓rang開kai關guan變bian壓ya器qi鐵tie芯xin進jin行xing磁ci化hua，然ran後hou，對dui開kai關guan變bian壓ya器qi的de電dian感gan量liang進jin行xing測ce量liang，從cong而er間jian接jie測ce量liang開kai關guan變bian壓ya器qi線xian圈quan的de極ji限xian伏fu秒miao容rong量liangVTmax和最大伏秒容量VTm 。

這裏的極限伏秒容量VTmax是指開關變壓器鐵芯達到飽和時對應的VT值
；而最大伏秒容量VTm 則表示實際應用中
，開關變壓器的伏秒容量VT不應該超出的最大值。

圖7是采用電流迭加法測試開關變壓器電感量或伏秒容量的工作原理圖。圖7中，M是電感測試儀，LT是隔離電感，I是電流源，Lx為待測開關變壓器的初級電感。LT的電感量必須遠遠大於被測開關變壓器初級線圈的電感量
，如果電流源I是一個理想的恒流源，那麼隔離電感LT可以省去。下麵我們來介紹圖7的工作原理。

一般進行電感測量的時候，都是讓電感線圈通過一個1KHz或10KHz的交流電

，然後通過測試流過電感線圈的電流來間接測量電感線圈的阻抗（電感量）。youyuliuguodianganxianquandedianliuhenxiao
，bingqieshiyigejiaoliu，yongzhezhongfangfaceshidaodedianganliangyudianganxianquangongzuoshichengxianchulaidedianganliangshiyouqubiede

，bingqiequbiehenda，yinweikaiguanbianyaqitiexindedaocilvbushiyigechangshu。

如ru果guo讓rang被bei測ce試shi電dian感gan流liu過guo一yi個ge可ke變bian電dian流liu，就jiu可ke以yi改gai變bian被bei測ce試shi電dian感gan磁ci化hua曲qu線xian的de工gong作zuo點dian
，由you此ci，就jiu可ke以yi測ce試shi磁ci化hua曲qu線xian上shang任ren何he一yi點dian的de導dao磁ci率lv或huo者zhe電dian感gan量liang
，並bing且qie可ke以yi根gen據ju電dian感gan量liang的de變bian化hua，找zhao出chu磁ci飽bao和he時shi的de工gong作zuo點dian，根gen據ju磁ci飽bao和he工gong作zuo點dian就jiu可ke以yi進jin一yi步bu測ce量liang或huo計ji算suan出chu開kai關guan變bian壓ya器qi的de極ji限xian伏fu秒miao容rong量liangVTmax。知道了開關變壓器的極限伏秒容量VTmax


，就可以根據使用者的實際應用情況來決定開關變壓器的最大伏秒容量VTm 。

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下麵我們來分析，怎麼樣定義迭加電流的大小和對開關變壓器伏秒容量VT的測試。

圖8是開關變壓器鐵芯留有氣隙的電流-電感或電流-磁感應強度函數曲線圖，在圖8中
，X軸代表流過開關變壓器線圈的迭加電流I，Y軸代表開關變壓器線圈的電感L或開關變壓器鐵芯中的磁感應強度B；L-I為開關變壓器線圈電感L對應於迭加電流I的變化曲線，B-I為開關變壓器鐵芯的磁感應強度B對應於迭加電流I的變化曲線（初始磁化曲線）。

當迭加電流I = 0時，測得開關變壓器線圈的電感量為L0，由於開關變壓器鐵芯初始磁化的時候
，導磁率比較小，所以開關變壓器線圈的初始電感量L0也比較小；隨著迭加電流I的增加，開關變壓器鐵芯的導磁率也會增加，所以開關變壓器線圈的電感量也隨著迭加電流I的增加而增加，當迭加電流I達到某個值（I = Ib）的時候，開關變壓器線圈的電感量達到最大值Lmax；隨後，隨著迭加電流I的增加，開關變壓器線圈的電感量反而減小，並迅速下降，當迭加電流I = Is時
，開關變壓器鐵芯的磁感應強度開始出現飽和（B = Bs）
，開關變壓器線圈的電感量將減小到差不多等於0。

實際上，圖8中改變迭加電流I的大小
，其作用就相當於圖2-b)中的鋸齒電流 
，即：開關變壓器線圈的電感量是受流過開關變壓器線圈的直流分量調製的。如果我們把流過開關變壓器線圈的最大電流Im與開關變壓器鐵芯的最大磁感應強度Bm對應，那麼，我們可以用圖8來定義流過開關變壓器線圈的最大電流Im和開關變壓器鐵芯的最大磁感應強度Bm。

 由於最大磁感應強度Bm概念經常被使用

，為了避免混淆
，這裏我們另外再定義兩個新概念：一個為極限磁感應強度Bmax，另一個為極限電流Imax。

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於此相對應
，我們還定義：當流過開關變壓器初級線圈的電流I，使開關變壓器初級線圈的電感L下降到初始電感L0的90%時
，此時流開關變壓器線圈的電流
，我們稱之為極限電流Imax
，對應開關變壓器鐵芯中的磁感應強度B
，我們稱之為極限磁感應強度Bmax。

任何一個帶鐵芯的電感線圈都可以用圖7表示的測量方法
，來測量電感線圈的初始電感量L0和最大電感量Lm，以及極限電流Imax。通過測量電感量，以及與其對應的極限電流值Imax，就可以計算出開關變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax。在開關變壓器的使用過程中，任何時刻，都不能超出開關變壓器的極限伏秒容量VTmax。

反過來，我們還可以在特定的情況下，比如：在工作電壓最高、負載最重的情況下，先定義（或測量）開關電源的占空比或輸出電壓的脈衝寬度
，然後計算出開關變壓器初級線圈電流的最大值Im，最後給最大值Im乘以一個安全係數K（K=1.43），其結果就是流過開關變壓器初級線圈電流的極限值Imax

，即用於測量開關變壓器初級線圈電感Lx的迭加電流值。

由此可知，開關變壓器（反激式）在任何情況下，其初級線圈的工作電流都不能超過圖8中的Imax
，對應的磁感應強度也不能超過圖8中的Bmax。

上麵（8）式是用來計算開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的公式
，式中 為流開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的最大值，即：當圖1中的開關K接通後，其持續時間等於 時刻
，流過開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的瞬時值

；E為開關電源的工作電壓
，V為加於開關變壓器初級線圈兩端的輸入電壓（直流脈衝電壓），L1為開關變壓器初級線圈電感量。

（9）式是用來計算開關變壓器或儲能電感線圈伏秒容量VT的公式，與（8）式和（10）、（11）式對應。

（10）式是用來計算開關變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax的公式。式中：VTmax開關變壓器或電感線圈或儲能電感線圈的極限伏秒容量，V為加於開關變壓器初級線圈兩端直流脈衝的幅度（單位：伏），Tmax為加於開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈兩端直流脈衝的極限時間（寬度，單位：秒）；

Imax就是根據圖7對開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈電感Lx進行測試時的極限迭加電流，即：當迭加電流I增加
，使開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈的測量電感Lx等於初始電感量 的0.9倍時，流過開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈的迭加電流值。也可以把Imax看成是流過開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈的極限電流值，此電流可以采用圖7和圖8定義的方法來測量
； 為開關變壓器初級線圈或儲能電感線圈初始電感 下降到90%時的值。

這裏順便說明
， 與Imax，VTm與VTmax在性質上基本相同，隻是後者用max來表示它是前者的極限值。