詳解開關(guān)電源變壓器的漏感

任何變壓器都存在漏感，但開關(guān)變壓器的漏感對(duì)開關(guān)電源性能指標(biāo)的影響特別重要。由于開關(guān)變壓器漏感的存在，當(dāng)控制開關(guān)斷開的瞬間會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，容易把開關(guān)器件過壓擊穿;漏感還可以與電路中的分布電容以及變壓器線圈的分布電容組成振蕩回路，使電路產(chǎn)生振蕩并向外輻射電磁能量，造成電磁干擾。因此，分析漏感產(chǎn)生的原理和減少漏感的產(chǎn)生也是開關(guān)變壓器設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。

開關(guān)變壓器線圈之間存在漏感，是因?yàn)榫€圈之間存在漏磁通而產(chǎn)生的;因此，計(jì)算出線圈之間的漏磁通量就可以計(jì)算出漏感的數(shù)值。要計(jì)算變壓器線圈之間存在的漏磁通，首先是要知道兩個(gè)線圈之間的磁場(chǎng)分布。我們知道螺旋線圈中的磁場(chǎng)分布與兩塊極板中的電場(chǎng)分布有些相似之處，就是螺旋線圈中磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是基本均勻的，并且磁場(chǎng)能量基本集中在螺旋線圈之中。另外，在計(jì)算螺旋線圈之內(nèi)或之外的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布時(shí)，比較復(fù)雜的情況可用麥克斯韋定理或畢-沙定理，而比較簡單的情況可用安培環(huán)路定律或磁路的克?；舴蚨?。

圖2-30是分析計(jì)算開關(guān)變壓器線圈之間漏感的原理圖。下面我們就用圖2-30來簡單分析開關(guān)變壓器線圈之間產(chǎn)生漏感的原理，并進(jìn)行一些比較簡單的計(jì)算。

在圖2-30中，N1、N2分別為變壓器的初、次級(jí)線圈，Tc是變壓器鐵芯。r是變壓器鐵芯的半徑，r1、r2分別是變壓器初、次級(jí)線圈的半徑;d1為初級(jí)線圈到鐵芯的距離，d2為初、次級(jí)線圈之間的距離。為了分析計(jì)算簡單，這里假設(shè)變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)以及線徑相等，流過線圈的電流全部集中在線徑的中心;因此，它們之間的距離全部是兩線圈之間的中心距離，如虛線所示。

設(shè)鐵芯的截面積為S，S=πr2;初級(jí)線圈的截面積為 S1，S1=πr21;次級(jí)線圈的截面積為S2，S2=πr22;初級(jí)線圈與鐵芯的間隔截面積為Sd1，Sd1=S1-S;次級(jí)線圈與初級(jí)線圈的間隙截面積為Sd2，Sd2=S2-S1;電流I1流過初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H1，在面積S1之內(nèi)產(chǎn)生的磁通量為φ1，在面積Sd2之內(nèi)產(chǎn)生的磁通量為 φ1';電流I2流過次級(jí)線圈產(chǎn)生的的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H2，磁通量為φ2。

圖2.30:開關(guān)變壓器線圈之間產(chǎn)生漏感的原理

由此可以求得電流I2流過變壓器次級(jí)線圈N2產(chǎn)生的磁通量為：

電流I2流過變壓器次級(jí)線圈N2產(chǎn)生的磁通量

(2-95)、(2-96)式中，μ0sd2H2=φ2就是變壓器次級(jí)線圈N2對(duì)初級(jí)線圈N1的漏磁通;因?yàn)?，這一部分磁通沒有穿過變壓器初級(jí)線圈 N1。漏磁通可以等效成是由一個(gè)電感單獨(dú)產(chǎn)生，這個(gè)電感就稱為漏感，記為Ls。同理，也可以求得流過變壓器初級(jí)線圈N1中的電流I1產(chǎn)生的磁通量為：

流過變壓器初級(jí)線圈N1中的電流I1產(chǎn)生的磁通量

磁通量計(jì)算式

(2-96)式中，咋看起來，變壓器初級(jí)線圈N1產(chǎn)生的磁通量φ1全部穿過變壓器次級(jí)線圈N2，它們之間應(yīng)該不存在漏磁通;但是，初級(jí)線圈在面積S1中產(chǎn)生的磁通φ1的方向與在面積Sd2中產(chǎn)生的磁通φ1的方向，正好互相相反;因此，變壓器初級(jí)線圈N1在面積Sd2中產(chǎn)生的磁通φ1，仍然稱為變壓器初級(jí)線圈N1對(duì)變壓器次級(jí)線圈N2的漏磁通，其等效電感同樣稱為漏感。