在一個變壓器半波整流電路中，?原邊和副邊的電流波形是什么呢？?理想情況下， 副邊電流應該是這種直流脈沖電流形式。?那么原邊的電流波形是否與其相似？?也是半波整流信號波形。或者是半波整流信號中的交流分量？

01 半波整流

一、前言

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在一個變壓器半波整流電路中，?原邊和副邊的電流波形是什么呢？?理想情況下， 副邊電流應該是這種直流脈沖電流形式。?那么原邊的電流波形是否與其相似？?也是半波整流信號波形。或者是半波整流信號中的交流分量？

▲ 圖1.1.1 半波整流變壓器電流波形

在 前面通過實驗測試的小型變壓器半波整流電流波形中[1] ，?可以看到實際上原邊的電流波形比較復雜。?下面通過 LTspice 仿真來查看一下變壓器半波整流下原邊電流波形。

二、仿真結果

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在 LTspice中， 建立變壓器仿真模型是比較容易的。?使用兩個電感， 對應待測變壓器的原邊和副邊。?然后通過指定 LTspice 命令， 聲明這兩個電感之間存在著耦合， 其中最后一個參數表明兩個電感之間的耦合系數。?詳細方法可以參見 LTspice 開發環境的聯機幫助信息中的說明。

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下面仿真中的參數， 使用 之前實驗中所使用的變壓器的測量參數[2] 。?應用了變壓器的一對副邊進行實驗，?使用SmartTweezer 手持電容電感表 測量輸入輸出變壓器參數。?在上次實驗中測試了該變壓器輸入輸出電流波形， 下面查看一下電路仿真給出的原邊和副邊的電流波形。

這里給出了原邊電流波形與副邊電流波形， 分別是青色與橙色曲線。?可以看到它們之間相位出現差別， 同時原邊的電流波形與正弦波很接近。?這個結果與實際測試的結果相差很大。

▲ 圖1.2.1 LTspice給出的原邊和副邊電流波形

為了使得變壓器更加接近于理想變壓器， ?將變壓器原邊和副邊的電感量增加， 比值不變。這樣對應的變壓器的勵磁電流會大大減小。?下面繼續觀察兩個線圈輸出電流的大小。?這里給出了變壓器輸入輸出線圈電流波形。?它們波形都呈現半波整流的形狀，  極性相反。? 可以看出增加了變壓器輸入輸出電感量， 減小了變壓器勵磁電流，  輸入輸出波形基本上相同。?請注意原邊電流的零點是通過波形的中間， 所以電流沒有直流分量。?原邊的電流峰值大約是副邊的一半，? 這是因為原邊的線圈匝數（對應其電感量） 比副邊大了兩倍。

▲ 圖1.2.2 將變壓器原邊和副邊的電感增加

可以看到在原邊的電流波形實際上包含有兩個電流分量。一個是原邊的勵磁電流分量，這是正弦波電流， 一個是副邊電流反射回來對應的原邊電流分量， 這是一個半波整流信號。?當原邊的電感量較小的時候，?勵磁分量比較大， 所以整體上原邊電流呈現正弦波形狀， ?當原邊電感量比較大時， 勵磁分量減少， 副邊反射回來的整流分量增加， 對應的電流則呈現為半波信號形狀。?現在將原邊電感修正為不大不小， ?對應的電流就呈現出正弦與半波整流疊加的形狀。

為了方便對比， 下面將原邊電流波形的極性修改一下， ?然后在對比實測的電流波形， ?可以看到它們之間比較相近了。?這是對應的電流波形前半周，?這是電流波形的后半周。?它們之間的差別， 可能還需要進一步考慮兩個線圈之間的耦合系數， 磁芯的非線性等原因。

總結

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本文對于小型變壓器半波整流電流進行了仿真分析。?變壓器原邊的電流是由原邊的勵磁電流與副邊的反射電流組成。?勵磁電流為正弦波， 反射電流為半波整流波形，?疊加之后形成了原邊這種不規整的電流波形。

參考資料

[1]整流變壓器電流波形: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/128977128

[2]環形工頻變壓器線圈參數: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/128972150