電磁兼容中的隔離技術(shù)

摘要：討論了電磁兼容中的的隔離技術(shù)，包括磁電隔離、光電隔離、機(jī)電隔離、聲電隔離和浮地技術(shù)，其目的在于安全運(yùn)行和提高電力電子設(shè)備的電磁兼容能力。

關(guān)鍵詞：隔離技術(shù)；電磁兼容；干擾

Isolation Technologies in Electromagnetic Compatibility

GUO Yun-song, ZHANG Xiao-guang, ZHANG Ying-yuan, GUO Xiang- yu

Abstract:This paper discusses the isolation technologies in the electromagnetic compatibility,that includes the electromagnetic isolation, the photoelectric isolation,the electromechanic isolation,the sound and electrical isolation as well as floating grounding technology. The principal purpose is the safety operation and raising the ability of electromagnetic compatibility for the power electronic equipments.

Keywords:Isolation technologies; Electromagnetic compatibility; Interference

1 引言

電力電子設(shè)備包括兩部分，即變換部分與控制部分。前者屬于功率流強(qiáng)電范疇，后者屬于信息流弱電范疇。一般情況下前者是主電磁干擾源，后者是被干擾對(duì)象。為了使電力電子設(shè)備可靠地運(yùn)行，除了解決變換部分與控制部分之間的電氣隔離外，還要解決控制部分的抗電磁干擾的問(wèn)題，特別是當(dāng)變換部分處于高電壓、強(qiáng)電流、高頻變換情況下尤其重要。抗干擾問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是解決電力電子設(shè)備的電磁兼容問(wèn)題。

隔離技術(shù)是電磁兼容性中的重要技術(shù)之一。下面將電磁兼容中的隔離技術(shù)分為磁電、光電、機(jī)電、聲電和浮地等幾種隔離方式加以敘述。

2 磁電隔離技術(shù)

2.1 利用變壓器實(shí)現(xiàn)磁電隔離的基本原理

變壓器主要由繞在共同鐵心上的兩個(gè)或多個(gè)繞組組成。當(dāng)在一個(gè)繞組上加上交變電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)而在其它繞組上感生交變電壓。因此變壓器的幾個(gè)繞組之間是通過(guò)交變磁場(chǎng)互相聯(lián)系的，在電路上是互相隔離的。其隔離的介電強(qiáng)度取決于幾個(gè)繞組之間以及它們對(duì)地的絕緣強(qiáng)度。

2.2 理想變壓器的特性

理想變壓器是假定變壓器繞組的電阻為零；變壓器的漏磁為零；鐵心的損耗為零以及鐵心的導(dǎo)磁率為無(wú)窮大。

2.2.1 電壓關(guān)系

E1=4.44fN1Φm （1）

E1/E2=U1/U2=N1/N2=n （2）

式中：E1——變壓器原邊的感應(yīng)電勢(shì)；

E2——變壓器副邊的感應(yīng)電勢(shì)；

U1——變壓器原邊的電壓；

U2——變壓器副邊的電壓；

N1——變壓器原邊繞組的匝數(shù)；

N2——變壓器副邊繞組的匝數(shù)；

f——變壓器原邊電壓的頻率；

Φm——變壓器鐵心中磁通的峰值；

n——變壓器原副邊繞組的匝數(shù)比。

2.2.2 電流關(guān)系

I1/I2=N2/N1=1/n （3）

式中：I1——變壓器原邊的電流；

I2——變壓器副邊的電流。

2.2.3 功率關(guān)系

P1=P2=U1I1=U2I2 （4）

式中：P1——變壓器原邊的輸入功率；

P2——變壓器副邊的輸出功率。

2.2.4 阻抗關(guān)系

副邊的阻抗為：

Z2=U2/I2 （5）

原邊的阻抗為：

Z1=U1/I1=n2U2/I2=n2Z2 （6）

式中：Z1——變壓器原邊的阻抗；

Z2——變壓器副邊的阻抗。

2.3 實(shí)際變壓器

2.3.1 鐵心的導(dǎo)磁率

由于實(shí)際變壓器鐵心的導(dǎo)磁率并非無(wú)窮大，所以變壓器在空載時(shí)就存在激磁電流。如果鐵心材料的性能不好，則激磁電流占變壓器原邊輸入電流的比例將增大，變壓器副邊輸出電流將降低。

由于實(shí)際變壓器鐵心的導(dǎo)磁率并非常數(shù)，因此將導(dǎo)致輸出波形的畸變。特別是當(dāng)鐵心飽和時(shí)，鐵心的導(dǎo)磁率極大地降低，引起激磁電流急速增加，可能導(dǎo)致變壓器燒毀。

2.3.2 鐵心存在損耗

由于實(shí)際變壓器鐵心存在渦流損耗和磁滯損耗，這些損耗不僅導(dǎo)致變壓器的效率降低，而且引起鐵心發(fā)熱、甚至可能導(dǎo)致絕緣損壞。由于鐵心的渦流損耗和磁滯損耗都與電壓和頻率有關(guān)，所以對(duì)不同的電壓和頻率，應(yīng)當(dāng)選擇不同的鐵心材料。

2.3.3 繞組存在電阻

由于實(shí)際變壓器的繞組存在電阻，故變壓器工作時(shí)繞組必將產(chǎn)生熱損耗。特別當(dāng)工作頻率較高時(shí)，集膚效應(yīng)將導(dǎo)致繞組電阻增加，使發(fā)熱損耗增大。

由于實(shí)際變壓器繞組的散熱條件較差，所以應(yīng)當(dāng)注意變壓器的散熱和繞組導(dǎo)線(xiàn)電流密度的選取。