柴油發(fā)電機(jī)組交流電源輸出指示燈干擾問題的研究

蔣繼云，張延晶

（1.泰豪科技股份有限公司，江西 南昌330096；2.空軍駐江西地區(qū)軍事代表室，江西 南昌330096）

0 引 言

柴油發(fā)電機(jī)組控制回路中常使用LED指示燈作為交流電源輸出指示燈。柴油發(fā)電機(jī)組的電磁環(huán)境復(fù)雜、控制電纜和電源電纜在同一個控制柜中交叉或并行布置、線纜長等原因，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電后，電源電纜有電流經(jīng)過時在其外圍會形成磁場，磁場的變化在電源電纜上形成電場，即為感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓通常在5～20 V之間。由于LED指示燈抗干擾性差及工作電壓低，感應(yīng)電壓致使柴油發(fā)電機(jī)組在未合閘輸出的狀態(tài)下交流電源輸出指示燈LED也會出現(xiàn)微亮，直接影響著操作人員對柴油發(fā)電機(jī)組工作情況的判斷和進(jìn)一步操作。

1 LED簡介

LED俗稱發(fā)光二極管，關(guān)鍵部分是半導(dǎo)體晶片，由兩種半導(dǎo)體組成，一種是P型半導(dǎo)體，一種是N型半導(dǎo)體，這兩種半導(dǎo)體共同合成一個P－N結(jié)。導(dǎo)線電流經(jīng)過發(fā)光二極管時，電量會由N區(qū)導(dǎo)向P區(qū)，在P區(qū)里電量跟空位復(fù)合，就會發(fā)出光能，使發(fā)光二極管發(fā)亮。

LED燈具有使用低壓電源、耗能少、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時間短、對環(huán)境無污染、多色發(fā)光、高亮度、低熱量、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)光二極管耗能低，正常發(fā)光二極管的工作電壓在2～3.6 V，功率較小，不大于0.1 W。

2 感應(yīng)電壓的產(chǎn)生

（1）交變磁場感應(yīng)

柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、通電的電源電纜、電流互感器和電容等的周圍都有極強(qiáng)的交變磁場，由法拉第電磁感應(yīng)定律相關(guān)原理可知，處在交變磁場力的電纜會被感應(yīng)形成感應(yīng)電壓。對柴油發(fā)電機(jī)組交流電源輸出指示燈感應(yīng)電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)感應(yīng)電壓達(dá)到2.6 V時，交流電源輸出指示燈的LED就會發(fā)光，造成交流電源輸出指示燈誤指示。

（2）電源濾波器對地電容產(chǎn)生漏電流

柴油發(fā)電機(jī)組中采用電源濾波器抑制交流輸出電源產(chǎn)生的共模干擾和差模干擾。電源濾波器中配置X電容和Y電容，其中X電容用于消除差模干擾，Y電容用于消除共模干擾。但在電源濾波器中的Y電容會致使柴油發(fā)電機(jī)組的漏電流變大。這就對柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組的接地要求提高，如果接地不良，漏電流就會造成電壓差，一旦電壓差達(dá)到交流電源輸出指示燈LED的發(fā)光門限電壓時，LED就會發(fā)光，造成交流電源輸出指示燈誤指示。

（3）非線性器件產(chǎn)生的干擾

在永磁逆變柴油發(fā)電機(jī)組中，逆變器具有中頻交流轉(zhuǎn)換成直流、再由直流轉(zhuǎn)換成工頻交流的功能。在逆變器中配置有交流和直流相互轉(zhuǎn)換的器件，以及一些整流、濾波器件，這些器件都屬于非線性器件，會對永磁逆變柴油發(fā)電機(jī)組中的其它器件產(chǎn)生電磁干擾。此外，逆變器采用SPWM脈沖寬度調(diào)制計算方法，會產(chǎn)生開關(guān)頻率響應(yīng)的高次諧波群，其高載波頻率和場控開關(guān)器件的高速切換所產(chǎn)生的電磁干擾相當(dāng)嚴(yán)重，對逆變永磁柴油發(fā)電機(jī)組中其它器件產(chǎn)生電磁干擾。

（4）電纜間由于感應(yīng)電容形成的干擾

在柴油發(fā)電機(jī)組中，電源電纜同控制電纜有相互交叉現(xiàn)象，導(dǎo)致在相近的平行電纜之間形成電容。如果電纜比較短，那么形成的電容較小，不會產(chǎn)生影響；如果電纜比較長，那么電纜間形成的電容就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)感應(yīng)電壓接近交流電源輸出指示燈的LED發(fā)光門限電壓時，LED就會發(fā)光，造成交流電源輸出指示燈誤指示。

3 解決措施

根據(jù)對柴油發(fā)電機(jī)組控制電路的分析以及電磁兼容設(shè)計經(jīng)驗，對柴油發(fā)電機(jī)組交流電源輸出指示燈LED干擾問題采取的解決措施有：

（1）選用高觸發(fā)電壓的抗干擾型的LED指示燈

針對柴油發(fā)電機(jī)組交流輸出指示燈誤指示問題，經(jīng)與指示燈廠家探討，選用高觸發(fā)電壓的抗干擾能力強(qiáng)的指示燈可以解決該問題。這類指示燈的內(nèi)部電路進(jìn)行了改進(jìn)，比普通的指示燈多了1個門限值電路，提高了LED的門限電壓，使得LED的門限電壓由原理的3.6 V提高到了30 V，解決了柴油發(fā)電機(jī)組交流輸出指示燈干擾問題。

（2）在指示燈上串聯(lián)電阻

根據(jù)能量守恒定律，指示燈上的感應(yīng)電動勢即為指示燈的電源電動勢，全電路公式：

式中，E是電源電動勢，單位為伏特（V）；R是負(fù)載電阻；r是電源內(nèi)阻。

電源內(nèi)阻r為零，燈阻為R1，在交流電源輸出指示燈上串聯(lián)一個電阻R2，則：

通過公式可知，在交流電源輸出指示燈上串聯(lián)一個電阻進(jìn)行分壓，可以有效降低指示燈LED的感應(yīng)電壓。但如果電阻越大，電阻上得到的分壓就越大，通過電阻上的電流就越小，如果電阻過大就會影響交流電源輸出指示燈的正常點(diǎn)亮，因此在解決實際問題時，應(yīng)根據(jù)交流電源輸出指示燈的實際感應(yīng)電壓選用合適的電阻。

（3）線路隔離

調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)組控制原理，采用輸出接觸器輔助觸點(diǎn)或與輸出開關(guān)同步合閘的中間繼電器的常開觸點(diǎn)，對相互干擾的元器件回路進(jìn)行隔離，降低元器件之間的相互耦合和感應(yīng)。

圖1為柴油發(fā)電機(jī)組交流電源輸出合分閘及輸出指示控制原理圖，采用圖1（a）的控制原理，在試驗時，交流輸出接觸器KM1未合閘，會出現(xiàn)交流電源輸出指示燈HL1和HL2微亮的情況。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)組交流電源輸出合分閘及輸出指示控制原理圖

采用線路隔離的方法，如圖1（b）所示，將交流電源輸出指示燈HL2的一端通過交流電源輸出接觸器KM1的常開輔助觸點(diǎn)與交流電源輸出指示燈HL1進(jìn)行隔離。調(diào)整原理后，經(jīng)試驗，交流輸出接觸器KM1未合閘時，不會出現(xiàn)交流電源輸出指示燈HL1和HL2微亮的情況。

（4）線纜屏蔽

導(dǎo)線選用屏蔽線，電纜選用屏蔽電纜，多芯電纜選用單芯屏蔽且雙絞式的屏蔽電纜，屏蔽電纜的屏蔽層接地應(yīng)有效、可靠，從而避免電纜線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

（5）接地

可靠、合理接地可消除因電源濾波器對地電容產(chǎn)生的漏電流造成的地電位差而形成的干擾源。

4 結(jié)束語

在柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中，感應(yīng)電壓是普遍存在的，產(chǎn)生干擾因素較多。在實際解決交流電源輸出指示燈干擾問題時，應(yīng)先根據(jù)實際情況定位產(chǎn)生干擾的原因，因地制宜，根據(jù)實際原因全面的考慮解決措施，可采用本文中的一種或多種解決措施實施有效的抗干擾，以保證柴油發(fā)電機(jī)組交流電源輸出指示燈的正常指示。