基于多繞組耦合特性的消磁電源輸出特性研究?

徐 杰

（廣西省南寧市竹江路1號 南寧 530000）

1 引言

當(dāng)前消磁繞組由全船式發(fā)展為分區(qū)式，艦船在航行過程中，隨著姿態(tài)和航向的變化，繞組上的消磁電流也隨之改變，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場通過船體感應(yīng)到同一分量的其他分區(qū)上，產(chǎn)生干擾電勢，最終在被干擾的繞組上產(chǎn)生干擾電流，影響該繞組的消磁電流精度［1～4］。本文通過對繞組耦合特性的測試與分析，提出降低繞組間干擾的措施。

2 原因分析

2.1 現(xiàn)象描述

在某型船實船試驗中，測量每路消磁電源的誤差，單獨運行1路時，動態(tài)誤差最大為2.62%，運行11路時，動態(tài)誤差最大為3.63%，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

表1表明，11路電源全部運行時，動態(tài)誤差平均變化為0.74%，影響較大，靜態(tài)誤差最大變化0.16%，影響較小。

表1 誤差對比表

2.2 耦合干擾測試

為了準(zhǔn)確地了解繞組間相互的耦合特性，在某型艦上進(jìn)行了測試，表1中單路運行和11路同時運行動態(tài)誤差變化最大的是Y分量的YQ和YJ兩個繞組，選取這兩路進(jìn)行測試。其中一路按給定的電流輸出，另一路繞組開關(guān)斷開，測量繞組兩端的感應(yīng)電壓，用示波器測量輸出電流和繞組感應(yīng)電壓的波形如圖1所示。

圖1 YQ繞組電流與YJ繞組感應(yīng)電壓波形示意圖

圖1 中，兩者相位相差90°，感應(yīng)電壓為非標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。當(dāng)繞組通過正弦波電流時，在繞組上產(chǎn)生相應(yīng)的正弦波磁場，由于船體磁感應(yīng)系數(shù)的非線性，通過感應(yīng)繞組的磁場為非正弦波磁場，感應(yīng)電壓為非標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。感應(yīng)繞組上的感應(yīng)電壓正比于繞組磁場的變化率，兩者相位相差 90°［5～8］。

2.3 機(jī)理分析

消磁電源從其應(yīng)用目的來看，是一個受控電源，與具有耦合特性的繞組相聯(lián)，其等效電路如圖2所示。

圖2 繞組耦合下輸出等效電路

結(jié)合圖1，可繪出U輸出如圖3所示。

圖3 U輸出波形

圖3 中陰影部分，極性IGBT正向?qū)?，輸出電壓為?fù)電壓，而整流輸出電壓只能為正電壓，此時DC/DC級停止換向級輸出能量，繞組回路的等效電路為圖4。

圖4 繞組耦合電壓對輸出電流影響時的等效電路

從圖3可知，消磁電源無法抵消耦合干擾。圖3中綠色陰影一小段，相當(dāng)于高次諧波，U藕合主要通過 C1、CO經(jīng)過 RL，因此減少電容 C1、CO，有利于降低耦合電壓的干擾［9～12］。

從耦合干擾測試的分析可知，耦合干擾與渦流成分相似，通過渦流補(bǔ)償?shù)姆绞剑雇环至康牟煌@組相位略為錯開，比如向后移動一個相角，如圖5所示。

圖5 耦合電壓向后移相時U輸出波形

對比圖5和圖3陰影部分，繞組間的耦合電壓引起的干擾幅度降低，時間變短，因此采用渦流補(bǔ)償技術(shù)，具有一定的效果。

3 試驗驗證

由于某型艦消磁電源不具備渦流補(bǔ)償功能，只能在實驗室進(jìn)行試驗。

試驗框圖如圖6所示，其中分流器、DDI誤差測試儀、平行環(huán)為測試設(shè)備；5.95Ω為模擬電阻，變壓器模擬繞組的耦合特性、150Ω電阻調(diào)整負(fù)載的等效電感不超過電源模塊允許的工作范圍；某型探頭、某型儀器、電源模塊是用于某型艦的消磁設(shè)備，電源模塊具有感應(yīng)、渦流、固定量設(shè)置。感應(yīng)量設(shè)置范圍-255～255，255時給定額定控制電壓，輸出額定電流；渦流量設(shè)置范圍-255～255，255時給定額定控制電壓幅值，周期6s的正弦波，輸出額定幅值的渦流電流。

圖6 繞組耦合干擾補(bǔ)償試驗框圖

表2表明，同時運行2路電源與單獨運行1路電源相比，動態(tài)誤差增加了2%，適當(dāng)?shù)夭捎脺u流補(bǔ)償后，可以抵消兩個繞組間的耦合干擾，但是由于繞組間耦合特性的非線形，不可能完全抵消。

綜上所述，為改善多繞組耦合特性對動態(tài)誤差的影響，消磁電源可采取如下措施：

表2 渦流量對動差的影響

1）減少電源的輸出電容，降低耦合電勢在繞組上產(chǎn)生的干擾電流；

2）采用適當(dāng)?shù)臏u流成分，補(bǔ)償耦合電流。

電路經(jīng)改進(jìn)后，實船經(jīng)過多次試驗，再無發(fā)生此類故障，整改效果明顯。

4 結(jié)語

本文針對某型艦消磁電源在多繞組耦合電壓干擾下影響動態(tài)精度的問題，通過實船測試與分析，指出了原設(shè)計電路上的不足，提出減少電源的輸出電容和渦流補(bǔ)償技術(shù)的解決措施，經(jīng)實驗室驗證及實際使用，改進(jìn)的電路達(dá)到設(shè)計要求。