磁饱和变压器原理和特点ppt课件

磁饱和变压器原理和特点磁饱和变压器原理和特点1磁饱和变压器的基础知识磁饱和变压器又叫恒压变压器,不仅具有交流稳压、抗干扰、电压变换、过流保护等多种功能,而且结构简单、经济可靠研制和生产周期短,便于维护使用,自它问世以来,立即受到各方面的重视,在计算机、机床、照明、矿山、交通、电信、电视灯电子设备的电源中已逐步等到推广应用.磁饱和变压器从外观上看时一个单铁心结构,已普通变压器的区别仅在于;磁饱和变压器的初级线圈和次级线圈之间被一个带空气气隙的磁分路分开,另外输出线圈并联一个谐振电容.谐振电容线圈可以和输出线圈分开设置,以便用增高振荡电压的方法来减少所需的电容量.特别时磁饱和变压器有低压多组输出的必要性就更大了,磁饱和变压器的特点和用途:1.结构简单,可靠性高2.电压稳定度高,稳压范围宽,在额定负载的情况下,当输入电压在额定值的20%的范围内变化时,输出电压稳压精度可限制在1%范围内,特别值得注意的是,磁饱和变压器的稳压范围与输出负荷量有关,当输出负荷减少时,稳定范围可相应加宽,磁饱和变压器的稳定范围与负荷量有关,这一特点是任何其他形式的电子稳压器无法比拟的,这使它特别适用于电网电压波动大的场合.3.磁饱和变压器具有较强的抗干扰的能力磁饱和变压器的电路形式实际善相当于谐振滤波器,据有低通滤波器的性能,可以抗几百到几万赫兹频率的干扰.4.具有普通变压器的功能:磁饱和变压器一普通变压器一样具有初次和次级隔离、变压、多组输出等功能5.输出功率保护:当磁饱和变压器的输出功率超出设计功率时,其输出电压就失去稳定功能,开始呈下垂特性,于此同时输入功率并不增加,但输出短路时,输出电压为零,输出电流小于额定输出电流的1.5-2倍,而输入电流不增加,磁饱和变压器长期短路不会烧毁缺点:1.批量产品一致性差2.输出特性差3.输出波形不好4.频率特性差5.温升高,噪音大。磁饱和变压器的基础知识21.磁饱和稳压原理。磁饱和稳压原理。磁饱和稳压器是利用铁芯的磁化曲线的非线性特性制成的。它的主要部分是一个饱和变压器,其铁芯截面与一般变压器不同,初级线圈的截面积大,为非饱和线圈;次级线圈的铁芯截面积小,为饱和线圈。当稳压器工作时,随着电源电压的增加,铁芯内磁通也随之增加。当次级铁芯内磁通达到饱和点时,电源电压再增加,增加的磁通只能漏到空气中,而次级铁芯内磁通基本上不再增加,所以次级线圈所产生的输出电压也就基本不变了,起到了稳压作用。上述稳压器为使线圈达到饱和需要很大的磁化电流,而且电感线圈在交流电路中进行磁电转换的过程中,在电路中形成无效电流,由于电路中有电阻存在,势必增加电源的无功损耗,使稳压器工作效率不高。为解决这一问题,在磁饱和稳压器次级线圈两端并联一个电容器,构成并联谐振回路,构成谐振式磁饱和稳压器。当电源频率与谐振回路的固有频率相等时,即可产生振荡,从理论上讲,谐振回路内电流无限大,因此使饱和铁芯很快饱和。当谐振回路产生振荡时,其阻抗视为无限大,因而谐振电路两端电流很小,减少了电源的供电功率,提高了稳压器的效率。原理图见图1所示:图中,铁芯面积大的一边为非饱和区,面积较少的为饱和区,L3称为电压补偿绕组。一般来说简单型交流稳压器的缺点为输入电压变化会引起输出电压较大的变化,为此,我们工程上采取将非饱和区的一部分电压与输出电压反向串接,抵消变化部分。L3和L1绕在非饱和铁芯,L3与L2串联,单电压方向相反,从而补偿了输出电压的V0的变化,使之趋于稳定。我们知道电感上电流比电压相位滞后90,电容上电流比电压超前90,如果电感和电容并联,加上同一个电压电感上的支路电流与电容上的支路电流相互抵消,当二者大小相等时,尽管各自数值较大,但是供给该并联回路的总电流却很小,这种现象我们称之为并联谐振。铁磁谐振的最大实用价值在于不要很大的输入电流即可让铁磁回路呈现饱和,从而克服了稳压电源电路需要从电网吸收电流过大的缺点。1.磁饱和稳压原理。磁饱和稳压器是利用铁芯3因此,我们把具有磁饱和性能的电源变压器称之为磁饱和变压器又叫恒压变压器,它不仅具有交流稳压、抗干扰、电压变换、过流保护等多种功能,而且结构简单、经济可靠,便于维护使用。自它问世以来,就得到了广泛的应用,在工矿企业、医疗卫生、交通、电信、广播电视等设备的电源中均有应用。磁饱和变压器从外观上看是一个单铁芯结构,与普通电源变压器的区别仅在于:磁饱和变压器的初级线圈和次级线圈之间被一个带空气气隙的磁分路分开,另外输出线圈并联一个谐振电容,而且谐振电容线圈可以和输出线圈分开设置,以便利用提高振荡电压的方法来减少所需的电容量,尤其在磁饱和变压器设计用于次级多组低压输出,谐振电容要和次级谐振线圈分开设置。2.磁饱和变压器的工作特点磁饱和变压器的工作特点1)优点:(1)结构简单,可靠性高。(2)电压稳定度高,稳压范围宽。在额定负载的情况下,当输入电压在额定值的20%的范围内变化时,输出电压稳压精度可限制在1%范围内,特别值得注意的是磁饱和变压器的稳压范围与输出负荷量有关,当输出负荷减少时,稳定范围可相应加宽,磁饱和变压器的稳定范围与负荷量有关,这一特点是其他形式的电子稳压器所不具备的,这使得它更适用于电网电压波动大的场合,比如户外,农村山区,工矿等。(3)磁饱和变压器具有较强的抗干扰的能力,磁饱和变压器的电路形式实际上相当于LC谐振滤波器,具有低通滤波器的特性,可以抵抗几百到几万赫兹频率的干扰。另一方面由于电源中总是含有一定的直流分量,会引起普通变压器饱和,出现涡流损耗,而设计带有磁分路气隙的电容谐振磁饱和变压器,可以最大可能降低这一危害,这点在环形变压器使用中,尤其要注意。(4)具有普通变压器的功能。磁饱和变压器与普通降压变压器一样,具有初级和次级隔离、变压、多路电压输出等。(5)输出功率保护。当磁饱和变压器的输出功率超出设计功率时,其输出电压就失去稳压功能,开始出现电压跌落。与此同时输入功率并不增加,但输出短路时,输出电压为零,输出电流小于额定输出电流的1.5-2倍,而输入电流不增加,磁饱和变压器长期短路不会烧毁。这是其最重要的突出特点之一。因此得以在广播电视发射机的灯丝供电广泛应用。因此,我们把具有磁饱和性能的电源变压器称之为磁饱和变压器又42)缺点:(1)批量产品一致性差。(2)输出频率特性差。(3)输出波形不好,接近方波。(4)温升高、噪音大。在广电行业的典型应用与检修1.有线电视供电器当前,放大器通常使用60V交流电源,并通过电缆馈送,供电器就是其中的专用器件。从电压稳定性角度来分,常用供电器有输出近似方波的磁饱和稳压式供电器和输出正弦波的非稳压式普通供电器两大类,从有无过载保护功能来分,供电器可分为具有过载保护功能的自动供电器和没有过载保护的普通供电器两类。而具有稳压功能的电源供电器(也叫磁饱和供电器)成为有线电视网络公司的选用量很大的一种供电器,据了解,我地网络公司以采用该种供电器为主。关键的一点是维护便捷、工作量小,再者性价比高。如图2所示:图中交流稳压电源变压器的初级线圈L1是绕在截面积较大的铁芯上,在截面积较小的铁芯上绕有次级线圈L2外,还有与次级线圈L2同相位绕制的附加线圈L3,与次级线圈L2反相位绕制的补偿线圈L4两组线圈。其中线圈L3绕组与电容器C组成并联谐振电路,其谐振频率在50HZ,这样就导致了该电源变压器输出呈感性,提高交流稳压器输出功率因数COS。补偿线圈L4是起到了调整输出电压稳压值的作用。因为它与次级线圈L2反相位绕制,并且和次级线圈L2串联连接。当因初级电压的大幅度升高而引起L1中电流的大幅度升高,从而导致以处在磁饱和状态的次级线圈两端电压略有升高,因补偿线圈L4两端的电压也同时升高,这样就抵消了因初级线圈两端电压的大幅度升高而引起次级线圈L2中电压的大幅度升高。2)缺点:(1)批量产品一致性差。(2)输51)磁饱和交流稳压器检修当磁饱和交流稳压器没有电压输出时,通常是稳压电源变压器没有发生谐振,表现为谐振电容器损坏。此电容器是高耐压无极性交流电容器(450V/15-20F国产CBB60/61/65系列等)。在应急修理时可用两只洗衣机(空调器、大功率电动设备的启动电容器等)电机启动电容器串联/并联组成电容器组代换(选用时注意,耐压值最好在630V以上,更换时要尽量和原来一样,过大容易让变压器温升过高,降低电源的安全稳定性,过小则功率不够,电压跌落明显),并在每个电容器两端各并联一个10W以上的500K-750K的均流平衡电阻,避免电容过早损坏。2)磁饱和交流稳压器调整如果,变压器检修过,或者重绕线圈,则要重点做好次级输出电压的调校。在交流稳压器的输入端接一个220VAC自耦调压器,输出端接一个与其输出功率相当的假负载,并在其两端并接一块交流电压表。当改变交流稳压器的输入电压时从低到高时候,在输出端会有一个电压跳变升高并稳定在设计的值上,此时的输入电压就是交流稳压器稳压范围内的初级低端稳压值。如果此时输出电压随着输入电压继续升高,说明补偿线圈L4与次级线圈L2连接反了,重新调整接线端子即可。随着有线电视数字化,双向化改造,自动稳压供电器也会随之发展进步。2发射机灯丝供电单元1)灯丝供电回路的原理1)磁饱和交流稳压器检修当磁饱和交流稳压器没有电压6电感磁饱和原因与理论分析一、电感磁饱和的原因：电子在原子外层绕著数层轨道旋转，每一层电子旋转都会依愣次定律产生一微弱的磁场，每一层的磁力不同、方向也不同，但合力为零，没有磁性。当一线圈通电流，同样的依愣次定律产生一磁场，磁力线穿过磁性材料（铁心），磁性材料内原子的电子旋转轨道开始转向，以抵消线圈产生的磁力线，线圈电流越大，越多磁性材料电子的旋转方向改变，最后所有磁性材料电子旋转方向都相同时，就是磁饱和。电感量的大小与饱和的理论分析：空心线圈结构的电感可认为不会饱和，带铁心回路的电感存在饱和问题。电感L随着磁路的饱和而变小。理论依据如下：设电感绕组等效匝数为N匝，等效磁路长度为len，通入电流为I，磁路的等效截面积为S，为磁导率，是磁通。由：=B*S,B=*H,H*len=N*I并根据电感的定义，可得：L=N*/I（公式见新浪/我的收藏/电磁学学/电感的暂态分析）=N*(B*S)/I=N*(*H*S)/I=N*(*H*len*S)/(I*len)=N*(*N*I*S)/(I*len)=N2*S/len。当通入电感的电流很大时，=B/H，H很大，B已达到最大值不再变化，那么趋向于零，所以相应的电感L也趋向于零。导磁率(magneticpermeabilityofmaterial)(Henrys/meter)导磁率又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的一个系数，以字母表示，单位是亨/米。等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比，即通常使用的是磁介质的相对磁导率r，其定义为磁导率与真空磁导率0之比，即=B/H。磁导率表示物质磁化性能的一个物理量，是物质中磁感应强度B与磁场强度H之比，又称为绝对磁导率。物质的绝对磁导率和真空磁导率（设为0=4*10-7H/m）比值称为相对磁导率，也就是我们一般意义上的磁导率。电感磁饱和原因与理论分析一、电感磁饱和的原因：电子在7电感磁饱和原因与理论分析二、感应耐压试验（倍压倍频仪）给变压器施加电源的频率之所以在倍的额定频率以上的原因：变压器的激磁电流i和主磁通振幅m的特性曲线一般设计在额定频率和额定电压下接近弯曲饱和部分(如图1所示)。又因在电源频率不变的情况下，主磁通m决定于外施电压U:U=E=4.44nfmU外施电源电压VE加电绕组的感应电动势Vf外施电源频率Hzn加电绕组的匝数n所以给变压器加倍额定电压以上的电压必然会导致铁芯严重饱和，主磁通m增大m，激磁电流i会急剧增加，致使变压器发热烧毁。为使变压器在加倍压以上铁芯仍不饱和，则需要提高电源的频率至倍频以上。感应耐压试验给变压器原边加倍压以上，倍频以上的电源，变压器的主磁通会使原边和副边同时感应出感应电动势E1和E2，且分别是其额定工作状态下的倍以上，所以感应耐压试验可以同时对主、副绕组进行纵绝缘性能的测试。当然，我们也完全可以根据需要从变压器的副边进行测试，不过所施加的电压应当是变压器额定工作状态下空载电压的倍以上，频率同样是额定频率的倍以上。电感磁饱和原因与理论分析二、感应耐压试验（倍压倍频8