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电磁兼容中的隔离技术分析

发布时间:2020-07-21 17:48:58 阅读: 来源:熔点仪厂家

摘要:讨论了电磁兼容中的的隔离技术,包括磁电隔离、光电隔离、机电隔离、声电隔离和浮地技术,其目的在于安全运行和提高电力电子设备的电磁兼容能力。

本文引用地址:关键词:隔离技术;电磁兼容;干扰

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

电力电子设备包括两部分,即变换部分与控制部分。前者属于功率流强电范畴,后者属于信息流弱电范畴。一般情况下前者是主电磁干扰源,后者是被干扰对象。为了使电力电子设备可靠地运行,除了解决变换部分与控制部分之间的电气隔离外,还要解决控制部分的抗电磁干扰的问题,特别是当变换部分处于高电压、强电流、高频变换情况下尤其重要。抗干扰问题实质上是解决电力电子设备的电磁兼容问题。

隔离技术是电磁兼容性中的重要技术之一。下面将电磁兼容中的隔离技术分为磁电、光电、机电、声电和浮地等几种隔离方式加以叙述。

2 磁电隔离技术

2.1 利用变压器实现磁电隔离的基本原理

变压器主要由绕在共同铁心上的两个或多个绕组组成。当在一个绕组上加上交变电压时,由于电磁感应而在其它绕组上感生交变电压。因此变压器的几个绕组之间是通过交变磁场互相联系的,在电路上是互相隔离的。其隔离的介电强度取决于几个绕组之间以及它们对地的绝缘强度。

2.2 理想变压器的特性

理想变压器是假定变压器绕组的电阻为零;变压器的漏磁为零;铁心的损耗为零以及铁心的导磁率为无穷大。

2.2.1 电压关系

E1=4.44fN1Φm (1)

E1/E2=U1/U2=N1/N2=n (2)

式中:E1——变压器原边的感应电势;

E2——变压器副边的感应电势;

U1——变压器原边的电压;

U2——变压器副边的电压;

N1——变压器原边绕组的匝数;

N2——变压器副边绕组的匝数;

f——变压器原边电压的频率;

Φm——变压器铁心中磁通的峰值;

n——变压器原副边绕组的匝数比。

2.2.2 电流关系

I1/I2=N2/N1=1/n (3)

式中:I1——变压器原边的电流;

I2——变压器副边的电流。

2.2.3 功率关系

P1=P2=U1I1=U2I2 (4)

式中:P1——变压器原边的输入功率;

P2——变压器副边的输出功率。

2.2.4 阻抗关系

副边的阻抗为:

Z2=U2/I2 (5)

原边的阻抗为:

Z1=U1/I1=n2U2/I2=n2Z2 (6)

式中:Z1——变压器原边的阻抗;

Z2——变压器副边的阻抗。

2.3 实际变压器

2.3.1 铁心的导磁率

由于实际变压器铁心的导磁率并非无穷大,所以变压器在空载时就存在激磁电流。如果铁心材料的性能不好,则激磁电流占变压器原边输入电流的比例将增大,变压器副边输出电流将降低。

由于实际变压器铁心的导磁率并非常数,因此将导致输出波形的畸变。特别是当铁心饱和时,铁心的导磁率极大地降低,引起激磁电流急速增加,可能导致变压器烧毁。

2.3.2 铁心存在损耗

由于实际变压器铁心存在涡流损耗和磁滞损耗,这些损耗不仅导致变压器的效率降低,而且引起铁心发热、甚至可能导致绝缘损坏。由于铁心的涡流损耗和磁滞损耗都与电压和频率有关,所以对不同的电压和频率,应当选择不同的铁心材料。

2.3.3 绕组存在电阻

由于实际变压器的绕组存在电阻,故变压器工作时绕组必将产生热损耗。特别当工作频率较高时,集肤效应将导致绕组电阻增加,使发热损耗增大。

由于实际变压器绕组的散热条件较差,所以应当注意变压器的散热和绕组导线电流密度的选取。

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