基于多绕组耦合特性的消磁电源输出特性研究∗

2019-02-27徐杰

舰船电子工程 2019年1期

徐杰

（广西省南宁市竹江路1号南宁 530000）

1 引言

当前消磁绕组由全船式发展为分区式，舰船在航行过程中，随着姿态和航向的变化，绕组上的消磁电流也随之改变，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场通过船体感应到同一分量的其他分区上，产生干扰电势，最终在被干扰的绕组上产生干扰电流，影响该绕组的消磁电流精度［1～4］。本文通过对绕组耦合特性的测试与分析，提出降低绕组间干扰的措施。

2 原因分析

2.1 现象描述

在某型船实船试验中，测量每路消磁电源的误差，单独运行1路时，动态误差最大为2.62%，运行11路时，动态误差最大为3.63%，详细数据见表1。

表1表明，11路电源全部运行时，动态误差平均变化为0.74%，影响较大，静态误差最大变化0.16%，影响较小。

表1 误差对比表

2.2 耦合干扰测试

为了准确地了解绕组间相互的耦合特性，在某型舰上进行了测试，表1中单路运行和11路同时运行动态误差变化最大的是Y分量的YQ和YJ两个绕组，选取这两路进行测试。其中一路按给定的电流输出，另一路绕组开关断开，测量绕组两端的感应电压，用示波器测量输出电流和绕组感应电压的波形如图1所示。

图1 YQ绕组电流与YJ绕组感应电压波形示意图

图1 中，两者相位相差90°，感应电压为非标准的正弦波。当绕组通过正弦波电流时，在绕组上产生相应的正弦波磁场，由于船体磁感应系数的非线性，通过感应绕组的磁场为非正弦波磁场，感应电压为非标准的正弦波。感应绕组上的感应电压正比于绕组磁场的变化率，两者相位相差 90°［5～8］。

2.3 机理分析

消磁电源从其应用目的来看，是一个受控电源，与具有耦合特性的绕组相联，其等效电路如图2所示。

图2 绕组耦合下输出等效电路

结合图1，可绘出U输出如图3所示。

图3 U输出波形

图3 中阴影部分，极性IGBT正向导通，输出电压为负电压，而整流输出电压只能为正电压，此时DC/DC级停止换向级输出能量，绕组回路的等效电路为图4。

图4 绕组耦合电压对输出电流影响时的等效电路

从图3可知，消磁电源无法抵消耦合干扰。图3中绿色阴影一小段，相当于高次谐波，U藕合主要通过 C1、CO经过 RL，因此减少电容 C1、CO，有利于降低耦合电压的干扰［9～12］。

从耦合干扰测试的分析可知，耦合干扰与涡流成分相似，通过涡流补偿的方式，使同一分量的不同绕组相位略为错开，比如向后移动一个相角，如图5所示。

图5 耦合电压向后移相时U输出波形

对比图5和图3阴影部分，绕组间的耦合电压引起的干扰幅度降低，时间变短，因此采用涡流补偿技术，具有一定的效果。

3 试验验证

由于某型舰消磁电源不具备涡流补偿功能，只能在实验室进行试验。

试验框图如图6所示，其中分流器、DDI误差测试仪、平行环为测试设备；5.95Ω为模拟电阻，变压器模拟绕组的耦合特性、150Ω电阻调整负载的等效电感不超过电源模块允许的工作范围；某型探头、某型仪器、电源模块是用于某型舰的消磁设备，电源模块具有感应、涡流、固定量设置。感应量设置范围-255～255，255时给定额定控制电压，输出额定电流；涡流量设置范围-255～255，255时给定额定控制电压幅值，周期6s的正弦波，输出额定幅值的涡流电流。