偏磁的起因和消除方法

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1、偏磁的起因和消除方法罗建武　罗文杰　　摘要　论述了变换器主变压器产生偏磁的原因和偏磁电流建立的过程，指出了消除偏磁的方法。传统的方法是串入耦合电容，本文指出了这种方法的局限性，提出了新的校正方法。在一种采用铁基微晶材料作主变压器，功率高达30kW的变换器中，用文中所提出的方法进行校正，取得良好的效果。　　关键词：变换器　主变压器　偏磁　自动校正TheCauseandEliminatingMethodofMagnetic-ShiftLuoJianwu(Dongfeng-CitroenAutomobileCO.

2、LTDChina)LuoWenjie(Air-ForceRadarAcademy　430010　China)　　Abstract　Thecauseofmagnetic-shiftofmaintransformerandtherisingcourseofmagnetic?-?shiftcurrentisdescribed.Themethodofeliminatingmagnetic?-?shiftisindicated.Theconventionalmethodisconnectingacoupledcapa

3、citorinseries.Inthispapertheauthorsindicatethelimintationofthismethod,andpresentanewone.Aconverterusingmicrocrystallinetransformerwithitspowerupto30kWcorrectsthemagnetic-shift,andachievesgoodresults.　　Keywords:Converter　Maintransformer　Magnetic-shift　Autom

4、aticcorrection1　引言　　变换器主变偏磁是一个令人十分头痛的问题。偏磁会使主变和开关管的功耗增大，主变的机械噪声加剧(当开关频率或调制频率在听觉范围时)，严重时还会损坏开关管。本文首先简述产生偏磁的原因，接着指出传统的消除偏磁方法的局限性，最后提出一种新的方法，并给出实验结果。2　偏磁的起因　　概括地说，变压器的铁心偏磁是由于正、反两个方向的V-s面积不等所造成的。当变压器一次侧受到交变电压激励时，铁心内磁链满足的方程为　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)如图1所示，如果u是对称方波，当达

5、到稳定状态时，磁链和磁化电流都近似是对称锯齿波。正、负半周磁链的变化量分别为　　　　　　　　　　　　(2)且有Δψ+=Δψ-。在磁化曲线上，磁密的摆动范围关于原点对称。这是我们所期望的理想工作状态。如果激励的幅度或宽度受到扰动，造成正、反两方向V-s面积不等，即Δψ+≠Δψ-，磁密的摆动范围就会产生漂移。其过程可用图1说明。在图1中，原已达到理想工作状态，从第3个周期开始，正向激励加宽，负向激励减窄，造成Δψ+＞Δψ-，磁链的摆动范围沿着上值方向爬升。如果不考虑电阻影响，则Δψ+=E(d+)Ts，Δψ-=E

6、(d-)Ts经过一个开关周期，磁链的爬升量为Δψ+-Δψ-=2ETs图　1Fig.1　　电阻压降ir的存在对新的平衡状态的建立起着重大作用。事实上，因为偏磁，绕组内建立起直流磁化电流Io，当达到Ior=2E时，就达到新的平衡状态，但这时磁密的摆动范围已不再关于原点对称。　　由于磁化曲线是非线性的，当偏磁严重时，铁心必将进入单方向深度饱和，造成单向磁化电流剧增，通常在达到新的平衡状态之前，功率管可能已经损坏。　　至于引起正、反两方向V-s面积不等的具体原因有：①功率管开关速度的差异；②功率管通态压降不同；③各

7、路信号传输延迟不同。　　除此之外，如果电路设计不当或者安装工艺欠妥，PWM调制器的反馈信号上可能会叠加有开关频率的纹波，使调制器的输出信号受到宽窄相间的附加调制，从而导致偏磁。电路的设计者要尽可能把调制信号搞得“干净”些，以消除这种附加调制引起的偏磁。3　抑制偏磁的方法及分析　　综上所述，由于器件特性的差异，在双极性变换器(如推挽、全桥、半桥)中，偏磁或多或少总是存在的，并且随着负载的变化以及温升等外部因素的改变，磁链的摆动范围还会有缓慢的漂移。　　对于频率较低，功率较小的变换器，由于变压器绕组的阻值较高，

8、自平衡能力较强，可以采用增加铁心截面，或使铁心保留一定气隙，并适当加大功率器件的容量，使偏磁的危害得到抑制或缓解。然而对于大功率高频变换器，以上一些措施不但经济上不合算，而且很难奏效。　　大功率变换器多采用全桥电路。全桥电路抑制偏磁的传统方法是在主变压器一次回路中串入电容器，如图2所示。电容能自动消除正、反两个方向V-s面积的差异。举例说，若VT1、VT4的通态压降比VT2、VT3的通态压降小，造成VT1、VT4