气隙对脉冲变压器磁性能的影响

作为脉冲电路关键部件的脉冲变压器已经在雷达、激光、电子加速器中得到广泛运用。铁芯是脉冲变压器的核心，因而了解、掌握脉冲变压器铁芯性能是设计脉冲变压器的关键。本文就有气隙的铁芯的脉冲性能及气隙对脉冲变压器磁性能的影响作一探讨，并进而推导出最佳气隙设计的方法。
1. 带气隙的脉冲变压器铁芯
众所周知，提高脉冲变压器的△B值可有效减少脉冲变压器的体积和分布参数对脉冲变压器波形的影响，因而如何提高△B值是设计脉冲变压器的关键。提高△B值的方法主要有：（１）加直流偏磁。（２）采用低Br材料铁芯，如1J512、1J792等恒导磁铁镍合金及低Br微晶铁芯。（３）加入一定量气隙降低Br值。以上第一种方法适用于大功率脉冲变压器，第二、三种方法则主要适用于中小功率脉冲变压器。并且，就Br值变化量的计算来看，第一、二种方法都能简单地求出△B值，而第三种方法则由于不同气隙长度会改变Br值，――气隙过大则导磁率降低，使励磁电感变小，励磁电流增大，顶降增大；气隙过小则△B值较小、变压器匝数增多，漏感增大影响变压器前沿，所以合理选取气隙长度变得非常重要。
2 公式推导
由磁动势等于磁通量和铁芯及气隙磁阻之和的乘积可知。



式中:
H 为磁场强度
B 为磁感应强度
l 含气隙的铁芯磁路长度
lg 气隙长度
lc 不含气隙的铁芯磁路长度
μc 铁芯平均导磁率
μg 含气隙时平均导磁率
μm 脉冲导磁率
A 铁芯截面积

图1为不含气隙时的B-H曲线，图2为含气隙时的B-H曲线。由图2可知。


此式对lg/l求导并使之等于零，即可求出导磁率的最值
(3)式代入后因

所以只有当

时有最大导磁率，代入(3)式


由此式可以导出lg/l的最佳气隙比

图（3）给出在10μs脉冲宽度下，0.08mm带厚不同lg/l比值时的△B和μm，又图可知不切开的矩形铁芯△B值在3000高斯时铁芯已严重饱和。而切开铁芯却具有较高的磁通增量△B值和脉冲磁导率。
3 结论
在切开铁芯中加入气隙可改变Br值，气隙越大Br值越低、磁通增量△B值越大。但过大气隙将使铁芯矫顽力Hc增大，损耗增大，导磁率降低。所以，在特定的脉冲宽度下合理选取气隙使导磁率最大是设计脉冲变压器的关键。