励磁系统中的抗干扰变压器设计
2009-06-05 17:01:35
来源：《国际电子变压器》2009年6月刊
点击：1205
1 引言
随着高新技术的日益发展，给发电设备带来的工业污染也越来越严重。这些污染源头主要来自工业设备（例如：电焊机、电动机、变频器等）和机械的换接瞬变过程、雷电、电晕、汽车点火等等。虽然这些高频杂波的干扰电平信号对一般用途的机电设备没有影响，但是对一些特殊设备还是会造成一些影响或损坏。油田用节能发电机就存在此种情况，发电机所带直接负载为变频器，变频器对发电机的正弦波电压进行整流逆变，在此过程中会使发电机的电压产生畸变，导致高次谐波产生，这些高次谐波反馈回发电机的励磁系统，干扰励磁系统中的相位、稳压、变流的精度，更为严重的是使励磁系统变压器接线端子上的焊接焊点、连接片出现击穿、打火等现象见图1，影响了机组的正常运行。随着变频器的使用越来越广泛，虽然是少数产品出现此类问题，但也引起了我们的高度重视。
2 设计方案及分析
根据质量管理体系进行了质量跟踪，对出现问题的发电机先行给用户更换了新的电源变压器，调试好设备，将出现问题的变压器带回来进行质量分析。
通过分析试验总结出两套改进方案：
第一方案：将高频杂波干扰信号能量进行抑制衰减。
励磁系统中有一个类似于调制的变压器（600V/400V），其功能是做自动电压调节器的取样和电源用的。设计的变比不变，只是将TV1和TV2改变。每伏匝数比改变后，初级内阻通过试验由1500Ω提高至7500Ω，阻抗值增加了5倍，将高频杂波干扰信号衰减了5倍。这样将改进后的电源变压器装入励磁系统后击穿接线端子、烧坏的现象至今未再发生。这种方法只是对高频杂波的干扰电平进行了衰减，不是治本的办法。
第二种方案：将高频杂波的干扰信号进行隔离屏蔽。
首先必须确定高频杂波干扰信号由何而来，在原理图中，励磁系统变压器的初级绕组和发电机的输出端电压相接，而端电压又和负载变频器相连。次级绕组接在自动电压调节器的调制电路上。根据电磁感应原理电能通过铁芯将能量从初级绕组传递到次级绕组，在传递过程中，除了电压的基波信号外，从变频器反馈回来的高频杂波干扰信号也被传递到次级。
高频杂波干扰电平是如何传递到变压器的初级和次级的呢？由于变压器的初级和次级绕组间存在着分布电容C11，次级绕组对地存在分布电容C12，如图2所示。高频杂波干扰电平信号E通过分布电容C11耦合到次级并在C12上产生大小为U的高频杂波电平信号。
在初级和次级绕组间加上法拉第屏蔽如图3，由于初级和次级间的等值分布电容减小了，初级中高频杂波干扰信号的电流大部分分流入地，基本上就可达到电磁屏蔽作用，使励磁系统的变压器从根本上解决了接线端子打火、击穿现象。
在电源变压器的结构设计中加强变压器各个环节的绝缘，屏蔽及接地是相当重要的。在生产制造过程中必须严加控制。
静电屏蔽电源变压器的测量，电路图见图4。
电源变压器高频杂波干扰电平信号抑制衰减量按下式计算：
20LgM2（电压值）/M1（电压值）
3 结论
本文用两种方法来改进产品的质量，都可以很好的解决出现的问题。这些方案是从实际中总结出来的经验，不一定适合其他发电机励磁系统的改进，仅供参考。
随着高新技术的日益发展，给发电设备带来的工业污染也越来越严重。这些污染源头主要来自工业设备（例如：电焊机、电动机、变频器等）和机械的换接瞬变过程、雷电、电晕、汽车点火等等。虽然这些高频杂波的干扰电平信号对一般用途的机电设备没有影响，但是对一些特殊设备还是会造成一些影响或损坏。油田用节能发电机就存在此种情况，发电机所带直接负载为变频器，变频器对发电机的正弦波电压进行整流逆变，在此过程中会使发电机的电压产生畸变，导致高次谐波产生，这些高次谐波反馈回发电机的励磁系统，干扰励磁系统中的相位、稳压、变流的精度，更为严重的是使励磁系统变压器接线端子上的焊接焊点、连接片出现击穿、打火等现象见图1，影响了机组的正常运行。随着变频器的使用越来越广泛，虽然是少数产品出现此类问题，但也引起了我们的高度重视。
2 设计方案及分析
根据质量管理体系进行了质量跟踪，对出现问题的发电机先行给用户更换了新的电源变压器，调试好设备，将出现问题的变压器带回来进行质量分析。
通过分析试验总结出两套改进方案：
第一方案：将高频杂波干扰信号能量进行抑制衰减。
励磁系统中有一个类似于调制的变压器（600V/400V），其功能是做自动电压调节器的取样和电源用的。设计的变比不变，只是将TV1和TV2改变。每伏匝数比改变后，初级内阻通过试验由1500Ω提高至7500Ω，阻抗值增加了5倍，将高频杂波干扰信号衰减了5倍。这样将改进后的电源变压器装入励磁系统后击穿接线端子、烧坏的现象至今未再发生。这种方法只是对高频杂波的干扰电平进行了衰减，不是治本的办法。
第二种方案：将高频杂波的干扰信号进行隔离屏蔽。
首先必须确定高频杂波干扰信号由何而来，在原理图中，励磁系统变压器的初级绕组和发电机的输出端电压相接，而端电压又和负载变频器相连。次级绕组接在自动电压调节器的调制电路上。根据电磁感应原理电能通过铁芯将能量从初级绕组传递到次级绕组，在传递过程中，除了电压的基波信号外，从变频器反馈回来的高频杂波干扰信号也被传递到次级。
高频杂波干扰电平是如何传递到变压器的初级和次级的呢？由于变压器的初级和次级绕组间存在着分布电容C11，次级绕组对地存在分布电容C12，如图2所示。高频杂波干扰电平信号E通过分布电容C11耦合到次级并在C12上产生大小为U的高频杂波电平信号。
在初级和次级绕组间加上法拉第屏蔽如图3，由于初级和次级间的等值分布电容减小了，初级中高频杂波干扰信号的电流大部分分流入地，基本上就可达到电磁屏蔽作用，使励磁系统的变压器从根本上解决了接线端子打火、击穿现象。
在电源变压器的结构设计中加强变压器各个环节的绝缘，屏蔽及接地是相当重要的。在生产制造过程中必须严加控制。
静电屏蔽电源变压器的测量，电路图见图4。
电源变压器高频杂波干扰电平信号抑制衰减量按下式计算：
20LgM2（电压值）/M1（电压值）
3 结论
本文用两种方法来改进产品的质量，都可以很好的解决出现的问题。这些方案是从实际中总结出来的经验，不一定适合其他发电机励磁系统的改进，仅供参考。
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