逆變電源變壓器偏磁問題的原因分析及預(yù)防措施

與普通變壓器的工作狀況不同，逆變電源變壓器容易出現(xiàn)偏磁問題，偏磁是逆變電源變壓器的特有現(xiàn)象。這是由于當(dāng)變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度存在直流分量時，磁感應(yīng)強(qiáng)度的波形正負(fù)半波不對稱，或向上偏或向下偏，這種現(xiàn)象稱為變壓器的偏磁現(xiàn)象。偏磁嚴(yán)重時會導(dǎo)致變壓器鐵心出現(xiàn)磁飽和。

變壓器磁飽和對整個電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行將產(chǎn)生極其不利的影響，表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)變壓器飽和時，由于勵磁電流很大，將導(dǎo)致逆變器開關(guān)器件的電流過大，可能使過流保護(hù)動作或開關(guān)器件損壞;

(2)變壓器飽和時，由于勵磁電流中含有大量的諧波成分，諧波電流在變壓器漏感上的諧波壓降將導(dǎo)致輸出電壓波形出現(xiàn)嚴(yán)重畸變;

(3)變壓器飽和時，由于勵磁電流很大，將使變壓器的發(fā)熱及噪聲增加。

于是對逆變電源變壓器偏磁產(chǎn)生原因進(jìn)行深入研究，并提出有效的抗偏磁措施顯得尤其必要，本文將在下面進(jìn)行探討。

設(shè)I1 、 I 2分別表示逆變電源變壓器原邊、副邊的電流，H表示鐵心中的磁場強(qiáng)度。NI, N2分別表示變壓器原邊·副邊繞組匝數(shù)。L為變壓器鐵心的磁路長度。

由安培環(huán)路定律得:

H*L== I1*N1+I2*N2 (2.19)　　設(shè)u1dc、i1dc分別表示u1、 i1中的直流分量。Hdc i2dc分別表示H,i2中的直流分量。R1表示變壓器原邊繞組的電阻。由(2. 19)式知，變壓器中直流分量產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為:

Hdc =1/L(N1*u1dc/R1+ i2dc *N2) (2.20)

由(2.20)式知，造成逆變電源變壓器出現(xiàn)偏磁的原因有兩個:

(1)變壓器原邊電壓中存直流分量;

(2)變壓器副邊電流存在直流分量。

在逆變電源系統(tǒng)中，如果給定的正弦波或者三角載波中存在直流分量，或反饋所用的霍爾元件存在零點漂移，或開關(guān)管驅(qū)動信號的死區(qū)時間不一致等都會導(dǎo)致變壓器初級電壓中存在直流分量;當(dāng)逆變電源的負(fù)載是單相半整流負(fù)載時，變壓器次級電流中也將出現(xiàn)直流分量。

抗偏磁措施有以下幾種:

(1)盡量選用飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的鐵磁材料作鐵芯，如0. l mm的硅鋼片壓制而成的鐵心，以提高變壓器對偏磁的承受能力。

(2)使給定的正弦波或三角載波盡量不含直流分量:開關(guān)管驅(qū)動信號的死區(qū)時間盡量一致。

(3)盡量避免使用半波整流負(fù)載，即使電源帶半波整流負(fù)載，功率也不能很大。

(4)變壓器鐵芯間加氣隙。

(5)當(dāng)逆變電源輸出功率較小時，變壓器原邊可以串電容，隔離其直流成分。

(6)采用對變壓器原邊電壓中的直流分量進(jìn)行補(bǔ)償控制來改善變壓器偏磁飽和的方法。