电磁兼容中地 隔离.ppt

电磁兼容中的 隔离技术 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 E 1 =4.44 fN 1 Φ m （1） E 1 / E 2 = U 1 / U 2 = N 1 / N 2 = n （2） 式中： E 1 ——变压器原 边的感应电势； E 2 ——变压器副边的感应电势； U 1 ——变压器原边的电压； U 2 ——变压器副边的电压； N 1 ——变压器原边绕组的匝数； N 2 ——变压器 副边绕组的匝数； f ——变压器原边电压的频率； Φ m ——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 I 1 / I 2 = N 2 / N 1 =1/ n （3） 式中： I 1 ——变压器原边的电流； I 2 ——变压器副边的电流。 2.2.3 功率关系 P 1 = P 2 = U 1 I 1 = U 2 I 2 （4） 式中： P 1 ——变压器原边的输入功率； P 2 ——变压器副边的输出功率。 2.2.4 阻抗关系 副边的阻抗为： Z 2 = U 2 / I 2 （5） 原边的阻抗为： Z 1 = U 1 / I 1 = n 2 U 2 / I 2 = n 2 Z 2 （6） 式中： Z 1 ——变压器原边的阻抗； Z 2 ——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。 2.3.4 变压器存在漏磁 变压器的漏磁易对变压器附近的元器件和导线形成干扰，为此，在选用变压器作隔离时，应 当选择漏磁小的变压器，否则，应对变压器加强磁场屏蔽。 2.3.5 变压器原、副边间存在寄生电容 由于电源变压器原、副边间存在寄生电容，进入电源变压器原边的 高频干扰能通过寄生电容耦合到的副边。而在电源变压器原、副边间增加静电屏蔽后，该屏蔽与绕组间形成新的分布电容，当将屏蔽接地后，可以将高频干扰通过这 一新的分布电容引回地，而起到抗电磁干扰的作用。 2.3.6 几个绕组之间以及对地的绝缘强度 绕组之间以及对地的绝缘强度取决于需要隔离的耐压水平。该耐压水 平包括工作电压、电压波动、可能的瞬态过电压以及为可靠工作而留有的余量。 2.3.7 工作频率 工作频率不仅对变压器的铁心损耗产生影响，而且变压器的阻抗与频 率密切相关。比如：电感L的阻抗与频率成正比，而电容 C 的阻抗与频率成反比。 由于磁电隔离是通过变压器而实现的，当变压器绕组间寄生电容较大时，应当与屏蔽和接地技术相配合。 2.4 变压器的种类和应用 2.4.1 普通变压器 普通变压器在工频场合只作为一般电源变压器用，将某一等级的电压和电流转变成另一等级的电压和电流，由于没有采用任何特殊措施，对高频的 电路隔离效果较差。 2.