小型变压器原边电流

在一个变压器半波整流电路中， 原边和副边的电流波形是什么呢？ 理想情况下， 副边电流应该是这种直流脉冲电流形式。 那么原边的电流波形是否与其相似？ 也是半波整流信号波形。或者是半波整流信号中的交流分量？

01 半波整流

一、前言

在一个变压器半波整流电路中， 原边和副边的电流波形是什么呢？ 理想情况下， 副边电流应该是这种直流脉冲电流形式。 那么原边的电流波形是否与其相似？ 也是半波整流信号波形。或者是半波整流信号中的交流分量？

▲ 图1.1.1 半波整流变压器电流波形

在 前面通过实验测试的小型变压器半波整流电流波形中[1] ， 可以看到实际上原边的电流波形比较复杂。 下面通过 LTspice 仿真来查看一下变压器半波整流下原边电流波形。

二、仿真结果

在 LTspice中， 建立变压器仿真模型是比较容易的。 使用两个电感， 对应待测变压器的原边和副边。 然后通过指定 LTspice 命令， 声明这两个电感之间存在着耦合， 其中最后一个参数表明两个电感之间的耦合系数。 详细方法可以参见 LTspice 开发环境的联机帮助信息中的说明。

下面仿真中的参数， 使用 之前实验中所使用的变压器的测量参数[2] 。 应用了变压器的一对副边进行实验， 使用SmartTweezer 手持电容电感表 测量输入输出变压器参数。 在上次实验中测试了该变压器输入输出电流波形， 下面查看一下电路仿真给出的原边和副边的电流波形。

这里给出了原边电流波形与副边电流波形， 分别是青色与橙色曲线。 可以看到它们之间相位出现差别， 同时原边的电流波形与正弦波很接近。 这个结果与实际测试的结果相差很大。

▲ 图1.2.1 LTspice给出的原边和副边电流波形

为了使得变压器更加接近于理想变压器，  将变压器原边和副边的电感量增加， 比值不变。这样对应的变压器的励磁电流会大大减小。 下面继续观察两个线圈输出电流的大小。 这里给出了变压器输入输出线圈电流波形。 它们波形都呈现半波整流的形状，  极性相反。  可以看出增加了变压器输入输出电感量， 减小了变压器励磁电流，  输入输出波形基本上相同。 请注意原边电流的零点是通过波形的中间， 所以电流没有直流分量。 原边的电流峰值大约是副边的一半，  这是因为原边的线圈匝数（对应其电感量） 比副边大了两倍。

▲ 图1.2.2 将变压器原边和副边的电感增加

可以看到在原边的电流波形实际上包含有两个电流分量。一个是原边的励磁电流分量，这是正弦波电流， 一个是副边电流反射回来对应的原边电流分量， 这是一个半波整流信号。 当原边的电感量较小的时候， 励磁分量比较大， 所以整体上原边电流呈现正弦波形状，  当原边电感量比较大时， 励磁分量减少， 副边反射回来的整流分量增加， 对应的电流则呈现为半波信号形状。 现在将原边电感修正为不大不小，  对应的电流就呈现出正弦与半波整流叠加的形状。

为了方便对比， 下面将原边电流波形的极性修改一下，  然后在对比实测的电流波形，  可以看到它们之间比较相近了。 这是对应的电流波形前半周， 这是电流波形的后半周。 它们之间的差别， 可能还需要进一步考虑两个线圈之间的耦合系数， 磁芯的非线性等原因。

总结

本文对于小型变压器半波整流电流进行了仿真分析。 变压器原边的电流是由原边的励磁电流与副边的反射电流组成。 励磁电流为正弦波， 反射电流为半波整流波形， 叠加之后形成了原边这种不规整的电流波形。

参考资料

[1]整流变压器电流波形: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/128977128

[2]环形工频变压器线圈参数: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/128972150