电力电子装置件中的电磁器件与电磁兼容性

1、第8章 电力电子装置件中的电磁器件与电磁兼容性8.1 概述电力电子装置所带来的电磁干扰与电磁兼容问题：磁性器件的电磁干扰问题；开关器件的开关动作。磁性器件是现代电力电子装置的核心部件，主要可以分为变压器和电抗器两类，本章将对分析和设计这些磁性器件的有关理论与技术（现代电力电子的磁技术）进行较系统和全面的论述。8.2 电磁器件的特点和基本概念8.2.1 磁性材料的特性8.2.2 磁性材料的工作状态8.2.3 几种常用磁性材料8.2.4 电力电子装置中的常用电磁器件8.2.1 磁性材料的特性 磁性材料的特性参数主要包括：饱和磁通密度、剩磁感应、矫顽磁力、磁导率、居里温度、在一定工作频率和磁通密度下

2、的铁心损耗等。1、饱和磁通密度和剩磁感应随着磁场强度H的增加，磁通密度B出现饱和，此时的B值称为饱和磁通密度（Bs）,也叫饱和磁密或饱和磁感应强度。将铁心从磁化状态去除磁场后，即H=0时铁心中仍有剩余的磁通密度，称为剩磁感应（Br），其值随激磁大小的不同而不同。材料手册上的值是指铁心磁化到饱和再去除磁场后所得到的值。2、矫顽力当铁心从磁化状态去除外加磁场后，加一反向的外加磁场，将铁心向反方向磁化，直到铁心内的磁通密度减小为零，此时的磁场强度值称为矫顽力，其大小取决于励磁程度，通常是指磁化到饱和以后所得到的值。3、磁导率在铁心的基本磁化曲线上，磁通密度B与磁场强度H之比称为铁心的磁导率BH8.2

3、.1 磁性材料的特性4、居里温度磁性材料的磁导率不仅是磁感应强度B的函数，也是其温度的函数，随着温度的升高而增加，但当温度升高到一定值时，其相对磁导率突然变为1，此时的温度称为居里温度Tc8.2.1 磁性材料的特性8.2.2 磁性材料的工作状态磁性材料工作状态一般分为三种：1）双向磁化：与一般工频变压器或者交流电机的磁化模式一样；2）单向磁化：此时铁心的励磁磁场强度的变化值覆盖了的整个0Hm 范围，这种工作状态常见于传递单向脉冲的变压器的铁心中；3）单向磁化：与第二种状态相比，此时铁心一般是在一个较大的直流励磁分量上再叠加一个较小的交流励磁分量，铁心的励磁磁场强度在HdcH/2 之间变化。 8

4、.2.3 几种常用磁性材料（1）软磁铁氧体：一定温度（居里温度 ）下，表现出优良的磁性能，而且很容易被磁化，其本身的电阻率很高，可以工作在很高的频率下，主要在开关电源等电力电子装置中作为电感和变压器的铁芯。（2）晶态合金材料：硅钢片和坡莫合金是晶态合金材料，其原子在空间呈规则排列，形成周期性的点阵结构，存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子和磁晶各向异性等缺陷。（3）非晶态合金材料:又称为金属玻璃，软磁性能好，强度和硬度高，韧性、耐腐蚀性和耐磨性好，饱和磁密高，矫顽力小，电阻率高，损耗小；缺点是在高频应用时有时存在噪声，价格相对较高。主要用于开关电源变压器、逆变电源变压器、可控饱和电感（磁放大器）、

5、高频电感器、电抗器及互感器等磁性器件的铁心。8.2.4 电力点在装置中的常用电磁器件在电力电子设备中所用的电磁器件名目繁多，这里只对一些常用的电磁器件进行简单的介绍，包括整流变压器、相间变压器、饱和电抗器、平波电抗器、均流电抗器、空心电抗器。1.整流变压器整流变压器的一次侧接交流电网，称为网侧，二次侧接整流装置，称为阀侧，相对于普通的电力变压器，整流变压器独特之处在于：1）电流波形非正弦波。由于整流器各臂在同一周期内轮流导通，流经整流臂的电流波形为断续的近似矩形波，所以整流变压器各相绕组中的电流波形也不是正弦波；2）根据整流设备的要求，整流变压器阀侧有多种特殊的联结，配合整流形式，例如将三相电

6、网电压变换成为六相、九相、十二相交流电压等，从而满足不同的整流器要求。8.2.4 电力点在装置中的常用电磁器件2.相间变压器在整流系统中，相控整流设备的输出电压是脉动的。对于同一台交流设备的若干个换相组，即使具有相同的平均值、相同的波形和相同的极性，但由于相位不同，其瞬时值仍然不同，不能直接并联。因此，只有通过相间变压器才可以把不同换相组并联起来。相间变压器的作用就在于吸收两个或若干相同（除相位不同外）的换相组之间的瞬时电压差，阻止电流在两组之间的自由流动。 8.2.4 电力点在装置中的常用电磁器件3.饱和电抗器饱和电抗器是利用铁磁材料的磁饱和特性，以较小的直流功率来控制较大的交流负载的一种电

7、器，工作原理就是通过在电抗器中引入直流电流，以改变铁芯的磁饱和度，将电抗器的控制绕组和工作绕组绕制在同一磁回路中，从而产生一个可变的阻抗。8.2.4 电力点在装置中的常用电磁器件饱和电抗器的工作绕组和控制绕组都有不同的联结方式，如下图：a）工作绕组联结形式 b）控制绕组联结形式常用的是工作绕组的接法1和控制绕组的接法1组合成调流型饱和电抗器工作绕组的接法4和控制绕组的接法3组合成调压型饱和电抗器。8.2.4 电力点在装置中的常用电磁器件4.平波电抗器平波电抗器用于整流以后的直流回路中，整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整流电压中总是含有纹波的，这种纹波需要由平波电抗器加以抑制。5.均流电抗器

8、在电力电子器件并联使用时，各并联支路间会出现电流分配不均的现象，要解决这个问题，必须采用必要的均流措施，而均流电抗器则是常用的措施。8.2.4 电力点在装置中的常用电磁器件6.空心电抗器空心电抗器常用于要求线性度较好的场合。一般与电力电子器件串联，以限制器件的电流变化率，从而避免器件损坏；在没有隔离变压器的变流设备中，为了限制短路电流，也常在交流输入回路中串接空心电抗器。但是空心电抗器的磁路比较分散，容易受到周围导磁物质的影响，因此安装空心电抗器时，一定要注意周围导磁物质的影响。一般要求距导磁物质的中心距离大于空心电抗器的直径的34倍。8.2.4 电力点在装置中的常用电磁器件8.3 电磁器件的

9、设计8.3.1 变压器设计8.3.2 电抗器设计8.3.3 高频电磁器件的设计举例8.3.1 变压器设计 变压器的产品设计，尤其是系列产品的设计，要根据国家的经济技术政策、资源情况以及制造和运行部门的要求，合理的设计变压器的性能参数和相应的结构。 本节从工频和高频两个角度讲述变压器的设计方法和相应的注意事项。10101 工频变压器的一般设计方法：(1)确定产品型号和额定容量首先要根据变压器设计任务书确定所设计的变压器型号和容量。我国生产的变压器，额定容量等级基本上是按 的倍数递增的。通常把容量在630kVA及以下的称为小型变压器，800 6300kVA称为中型变压器，800063000kVA称

10、为大型变压器，90000kVA及以上的称为特大型变压器。10108.3.1 变压器设计其中：是表征变压器的宽度和高度尺寸之比的一个数值，初步设计时可按推荐选用；Sz是变压器的额定容量； kz是变压器的利用系数；系数kd对于一系列变压器变化较小。在铁心直径基本确定以后就要进行结构参数的设计，包括线圈高度H和匝数N，最后再进行线圈计算。(2)变压器的电磁设计要进行变压器的电磁设计就要确定变压器的铁心直径： 3ZZd()DSkk8.3.1 变压器设计材料选择上，为了减小铁芯损耗，铁芯一般用厚0.300.35mm的硅钢片叠成，片上涂上绝缘漆，以避免片间短路；铁芯结构分为心式和壳式两种，心式结构的绕组和

11、绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构；壳式变压器的机械强度好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。(3)材料、铁心结构形式、导线和线圈的选择8.3.1 变压器设计导线材料一般选用电工铜等；绕组又分为圆筒式、连续式、螺旋式、纠结式几种：1）圆筒式是这几种绕组中最简单的一种，常用于小容量的变压器中；2）连续式能够适应很大范围容量和电压的需要，而且机械强度好，散热条件也好，但制造较费工时；3）螺旋式一般用在三相容量为800kVA及以上、电压为35kV及以下的大电流、低电压的线圈；4）110550kV或更高电压等级的变压器高压或中压线圈可采用纠结式线圈；8.3.1 变压器设计(4

12、)绝缘和过电压保护变压器的绝缘分为内绝缘和外绝缘：外绝缘：油箱外边的套管导电部分之间的空气绝缘、套管导电部分对储油柜、安全气道及其他接地部分的空气绝缘；内绝缘：油箱内的线圈、引线和分接开关的主绝缘和纵绝缘。过电压保护可设置专门的电容补偿装置或者采用具有高冲击强度的线圈结构。8.3.1 变压器设计(5)性能计算和校核性能计算包括：变压器的阻抗电压计算；负载损耗计算；空载损耗和空载电流；电磁力的计算等。在这一部分要使设计的变压器既满足设计任务的要求又要达到相关标准的要求，如果不能达到，则要重新进行相应的设计和更改，直到达到要求为止。8.3.1 变压器设计2.高频变压器的设计 高频变压器是相对于音频

13、和工频变压器而言的，我们将工作频率在音频以上的变压器统称为高频变压器，这一定义不是严格的。 一般情况下，我们将高频变压器分为两种类型，一种称为单频或窄频的高频变压器；另一种称为宽带变压器，它是指工作在一个很宽频率范围内的变压器，如阻抗变换器变压器、通讯变压器等。8.3.1 变压器设计1）给定条件包括：电路形式、输入电压和电流、工作频率f 、输出电压和电流、占空比、工作环境和允许温升；2）计算变压器的总功率Pt：变压器的总功率的大小，取决于输出功率和电路形式；3）确定工作磁感应强度Bm(T)以选定某种型号的铁氧体磁芯；4）确定电流密度系数Kj和窗口填充系数T；高频变压器的设计计算步骤：8.3.1

14、 变压器设计5）计算乘积AP、匝数、一次电流的有效值I1和二次电流有效值I2还有一次及二次导线截面积并确定导线直径；6）计算导线根数（注意：应凑成整数），确定绕组的绕制方式；7）计算平均匝长、导线长度、电阻、铜耗、铁耗和总损耗，然后再计算散热面积、散热系数和温升。8）最后进行验算性能和校核。8.3.1 变压器设计 不论是设计工频还是高频变压器都应注意的是：1）优化条件的选取方向。一般来说，在地面上的固定设备，应该按“最低价格设计”；在地面上的移动设备应该按“最小重量设计”；在便携式设备中，应该按“最小体积”设计；2）偏离极值的影响。体积、重量和价格的变化都是极为缓慢的，因此在偏离极小值时，体积

15、、重量和价格上升的数量都很小，因此设计时需要考虑允许有所偏离的范围；3) 硅钢片厚度与柱片宽度之比的大小，决定着铁芯的截面情况。当k1=1时，铁芯截面是正方形的；当k1=2时，铁芯截面是矩形的。所以当对变压器的形状有所要求时就要考虑这方面的问题了。4）窗口高度与宽度之比的大小，决定着窗口的形状，其值越大，窗口就越高，这也关系到变压器的形状问题，在设计中者也是要考虑的问题之一。5）硅钢片材质的影响。冷轧硅钢片的磁感应强度可以比热轧硅钢片的磁感应强度去的大些，但是，冷轧硅钢片的价格要贵些，因此，在考虑变压器的成本时，要考虑材料的选取。8.3.1 变压器设计8.3.2 电抗器设计本部分主要针对饱和电

16、抗器、平波电抗器、均流电抗器和空心电抗器的一般设计原则，该设计原则也适用于其他类型的电抗器的设计。1.饱和电抗器设计在设计饱和电抗器时，首先要确定调节深度的最大值Udmax这和整流设备所要求的外特性有关，如下图：|LdUUdmind|UINNddIU、Xe：电源电压最大时整流设备的理想空载电压；：整流电压最小时应保证的负载电流，：整流电流和电压的额定值，：整流电压的总电压降8.3.2 电抗器设计决定饱和电抗器交流绕组的匝数Nj的因素有两个：a) 最大控制电流与控制绕组匝数之间的关系：b) 饱和电抗器交磁时，在控制绕组中产生的感应电压： 该电压的最大值发生在最大调节深度时，则Nz越大，则Iz越小

17、，而UZmax越大；Nz越小，则Iz越大，而UZmax越小；maxZmax Z(2)/IHlNZZj2 3sinUNNE另外，工作绕组安匝数为控制绕组的安匝数的一半。如果 ，则 这样选择的优点是两个绕组可以用相同的导线。yZIIyZ1 2NN8.3.2 电抗器设计2.平波电抗器设计平波电抗器的设计步骤如下：1）根据给定的原始数据L和Id ,计算Id2 L；2）根据所用硅钢片的磁化曲线确定B0,叠片系数一般为0.95，由此可计算:3）根据所用导线的绝缘材料和冷却方式,选取电流密度,由此计算结构基数C(m)：d0NAI LB24d0.0311CI L8.3.2 电抗器设计4）按优化设计原则计算，计

18、算出铁芯直径、轭铁高度、磁路长度、铁芯截面积、相对气隙等，最后验算电感量L。电感量L（H）的计算公式： 式中，A(m2)为铁心的截面积；N为线圈匝数;lFe (m)为铁心磁路的长度； 为铁心的相对磁导率； 为真空磁导率（H/m）,20FeFeN ALl Fe07=410 H/ m08.3.2 电抗器设计设计步骤：首先，计算出同一臂内任意两个整流器件的电流的最大允许差额，决定一个均流电抗器上允许的不平衡电流；然后根据均流电抗器的连接方式，确定其校正系数k0和阳极电流流通的时间t ；最后由结构选定平均磁路长度l和匝数N。均流电抗器的数据包括：整流器件的特征数据、均流电抗器铁芯所用的磁性材料的特性、

19、每臂并联整流器件的数目、整流设备的电连接方式、电源频率f0等。3.均流电抗器设计8.3.2 电抗器设计最后，在计算出均流电抗器的尺寸之后，必须检验其峰值电流Ipp式中，HG为工作段最高磁感应密度对应的磁场强度；H0为工作段最低磁感应密度对应的磁场强度, N为匝数，lFe为铁心平均长度，m为根据整流设备连接方式，决定于阳极电流流通时间和周期的比值FeG0pp2lHHINm其次，根据硅钢片的特性，决定可能的工作区，也可以选用位移励磁铁芯，由工作区求出铁芯的截面积。8.3.2 电抗器设计4.空心电抗器设计由于空心电抗器的电感方式有多种，计算的方法也各不相同，常见的有：圆环导线的电感、方框导线的电感、

20、螺线管线圈的电感、多层线圈的电感；单层线圈的电感等，其具体的计算方法要根据具体形式而定。最后要注意的是根据计算值设计的空心电抗器，制成成品后，要实测其电感值，再与计算值作对比，若有偏差，可调整匝数N，即可得到所需电感的精确值。8.3.2 电抗器设计解：1）预选一种磁粉心，根据磁粉心的r值查表8-4得出相对应的 NI值，然后计算 选择MPP123068，则：8.3.3 高频电磁器件设计举例AL22022r132 36.30.143H15600.5LIALNI在以下给定条件下用AL法计算高频电感参数:频率f=100kHz，电流I0 =36.3A，电压Uac=90V，电感量L=132 H，工作温x=

21、35，通态时间ton=6.825 s。由 数值查表8-5得该磁粉的 ，并用磁粉心数目： 取整数，令n=2。则两个磁粉心并用时，其参数为：AL0.068HAL 0.143 0.0682.1nAL AL2Z2s32 0.0680.136H22 1.77=3.54cm2225450cm2 34.77=69.54cmeALAAAV132 0.5264HL 2）计算初始电感：8.3.3 高频电磁器件设计举例3) 计算匝数4)计算NI及H 5)计算磁感应强度6)计算磁耗 222264 0.1361941,1941440.13644263.3HNL ALNLALN 0Fe44 36.31597.21597.

22、281.4A cm19.61NIHNIl6ac on4z2290 6.825 100.0278T22 44 3.54 10acUtBNA1.4831.8891.4831.889Fe0.70661069.54 0.7066 1000.2784.048WPVfB 8.3.3 高频电磁器件设计举例7) 计算铜耗，根据每平方毫米流过电流3-4A电流，可以选择铜线 ：上式中，l1是与电感铁心结构有关的参数，可以根据铁心高除10再加上IN获得。3.75mm22220122Cu(/ 4)(/ 4) 3.7511.04mm36.33.29A mm11.04( /10)44 0.08790.02=0.00711

23、.0436.30.007=9.22WAIjANlN hnINRAAPI R4.0489.22 =13.27WFeCuPPP 8)计算总损耗8.3.3 高频电磁器件设计举例9)计算散热系数 10）计算温升由于计算温升小于工作温升（35度），设计满足要求。2S13.27 0.0450=294.7W mXPqA0.80.8XX0.26294.7C=24.5 Cq8.3.3 高频电磁器件设计举例 8.4.1 变压比测量 8.4.2 极性测试 8.4.3 输入阻抗测试 8.4.4 电感与漏感测试 8.4.5 变压器绝缘电阻和抗电强度测试 8.4.6 温升测试方法 8.4 磁性器件的测试8.4.1 变压比

24、测量2211RNnRN当电桥平衡时，1电阻变比电桥法如图8-5给出了用电阻变比电桥测量变压比的电路图：GDGD1R2R2R1R1N2N1N2N电压变压器电路电流变压器电路3电压表法通过测量电压来确定变压比。当测试电压和频率的选择满足理想变压器条件时，则 同样，变压器两个绕组应顺向串联。1122UNnUN用电阻变比电桥测量变压比时，被测变压器两个绕组的连接应如图8-5 所示的极性那样正向串联，否则电桥不能平衡。因此，这种方法也能检验变压器绕组的极性2用感应分压器测量变压比用变比变压器来代替图8-5中的电阻同样能测变压比。8.4.1 变压比测量8.4.2 极性测试变压器的极性表示铁心中磁通变化时，

25、某一瞬间线圈两端感应电压方向，两线圈感应电压符号相同的端子称作同极性端，而符号相反的端子叫反极性端。变压器的极性与线圈绕向有关。绕在同一铁心柱上的两个线圈，当绕向相同时，其对应端（指同为始端或末端）的极性相同；反之，极性相反。采用测量变压比的电桥法利用示波器比较输入、输出波形法采用中间指零的检流计法如图，R用来调节检流计偏转灵敏度，当变压器极性如图中所示时，开关K闭合瞬间，检流计指针偏向+，反之则检偏向-。8.4.2 极性测试8.4.3 输入阻抗测试变压器的输入阻抗是指次级在额定负载阻抗R2下，变压器输入端所呈现的阻抗。只有在中间频率段，变压器的输入阻抗才等于 ，而在低频端和高频端，由于初级电

26、感、漏感、分布电容的影响，输入阻抗有较大的变化，因此需要专门的测试。针对变压器三种不同的工作状态，需要按其实际情况进行测试2122(/)NNR无直流磁化按下图电路进行测试：GAV1C0R2C2/aR2R2/aRKT1有直流磁化按下图电路进行测试：8.4.3 输入阻抗测试将开关K指1所标注的一端，施加规定频率的交流电压和直流电流，再将开关接向另一端，记录电压 。然后保持 不变，改变频率，记录不同频率时的 ，按下式计算输入阻抗:aUaUbUinabaUZRU8.4.3 输入阻抗测试8.4.4 电感与漏感测试1电感测试变压器初级电感指次级开路时初级绕组的有效电感。根据铁心损耗的等效电阻和绕组的电阻与

27、有效电抗的关系，可有两种形式的等效电路来表示有效电感。 串联等效电路：适用于铁损的等效电阻比绕组电阻小得多的情况；并联等效电路：适用于铁损的等效电阻比绕组电阻大得多的情况。 （1）伏安法1) 有直流磁化电流时这种方法适用于电源滤波阻流圈或有直流磁化的音频变压器、开关电源储能电感器或滤波电感。其测试电路如图：8.4.4 电感与漏感测试图中Lx为被测变压器或阻流圈的电感；R为串联无感电阻，其值应满足R0.1欧姆；V为电子管电压表；为有效值电压表；A为直流电流表；E为直流电源，其纹波电压不大于交流测试电压的3%；L为扼流圈，可用一个被测变压器或阻流圈代替；C1,C2为电容器，应使远小于 ,一般可取=

28、50100，T1为调压器，T2为隔离变压器，T1，T2也可用音频信号发生器代替。xLx8.4.4 电感与漏感测试测试时，使被测变压器流过规定的直流磁化电流，在规定频率下施加规定的交流测试电压，读取电压表VR的读数，则电感LX为:X2RRULfU式中，为测试频率（Hz）；为被测电感（H）；R为串联电阻（ ）； 为测试电压即电压表V指示值（V）； 为在电阻R两端测得的交流电压有效值（V）。RUU8.4.4 电感与漏感测试在电源滤波限流圈电感测试时，允许用与波纹频率不同的电源作为交流测试源，但其频率与额定波纹频率之差不得超过交流测试源频率的一倍，并且交流测试电压应按下式计算：fUUf式中， 为实际频

29、率（Hz）； 为额定频率（Hz）；U 为额定交流测试电压（V）； 为改变后的交流测试电压（V）。ffU8.4.4 电感与漏感测试(2) 无直流磁化时G为音频信号发生器；x(0.05 0.1) (2)RfL在规定频率下施加规定的交流测试电压：22x12RRUrLfUR式中r为变压器或电感器的直流电阻,当 时，电感 可由带直流公式计算。x210fLRrxL8.4.4 电感与漏感测试2. 电桥法精度高，适用于高、低品质因数测量(1) 采用标准电阻的麦克斯韦电桥电桥平衡时: x231LR R C23x1R RRR8.4.4 电感与漏感测试图中 为标准电阻。由于C1和C2能对R1起隔直流作用，因此，这种

30、电桥对叠加直流磁化的测量效果较好。电桥平衡时: (2) 欧文电桥x132LR R C23x1C RRC1R8.4.4 电感与漏感测试电感是以并联等效电路的形式出现的,这种电桥可用于铁心损耗测量，对高Q值的测量特别准确。电桥平衡时: (3)海氏电桥x213LR RC21x3R RRR8.4.4 电感与漏感测试变压器电桥种类很多，由于变压器比率准确，通用性强，因此，变压器电桥用于测量电感、电容、交流有效电阻或铁损电阻等，测试精度高，操作方便。 (4) 变压器电桥S212xSxNR RRRNS212SxxNR R CLN8.4.4 电感与漏感测试2 漏感测试漏感是指由线圈间相互不交链的漏磁通所产生的

31、电感，它与线圈尺寸、绕组排列及匝数等有关。漏感通常分为四种： (1) 初级漏感 ，初级漏感是指变压器次级所有绕组短路时，在初级测得的电感。 (2) 次级漏感 ，次级漏感是指变压器初级短路时，在次级测得的电感。(3) 初级两半间漏感 ，对初级具有中心抽头的变压器，将次级任一组短路时，在初级一半短路时，在初级另一半测得的电感。(4) 初级对次级一绕组的漏感 ，对于有几个次级绕组的变压器，将次级任一组短路时，在初级测得的电感。12SL21SL11SL12S nL8.4.4 电感与漏感测试测量漏感一般采用电桥法，如电感测试方法。用电桥法测量漏感应注意以下两点：(1) 测试频率应选择在中频，并远低于漏感

32、 与反射到初级的分布电容 的谐振频率，一般测试频率可采用1kHz。 (2) 由于漏感的Q值较低，在选择电桥上应注意电桥灵敏度和Q值平衡调节，以减小测试误差。SL0C8.4.4 电感与漏感测试8.4.5 变压器绝缘电阻和抗电强度测试绝缘电阻主要检查变压器绝缘系统的局部缺陷和普遍缺陷，是决定进行抗电强度试验和使用的主要参考数据。变压器峰值工作电位差在500V以下的变压器，绝缘电阻的测试电压为直流（10015）V；峰值工作电位差在500V及以上的变压器，测试电压为直流（50050）V。变压器绝缘电阻的测试可采用数字型绝缘电阻进行测试，同时应在工作时可能遇到的各种环境条件下进行测试，如高温、低温、湿热

33、等条件。高压试验设备的试验变压器容量应根据变压器的容量来决定23210PfCU式中P为试验变压器容量（kVA）；f 为试验频率（Hz）;C为被试变压器的绝缘几何电容（ ）；U为试验电压（kV）。F(1) 将试验电压加于被试线圈与铁心之间，其余线圈短接后均与铁心相连，屏蔽层则根据实际情况接铁心或与被试线圈相连。对于试验电压在2KV以上的变压器，应从零开始以每秒不超过2KV的速率升高，直至下限值；保持规定时间后以同样的速率将电压下降到零。试验电压在2KV及以下时，直接将试验电压加至被试线圈上。 (2) 试验时变压器不应有击穿、灼热、飞弧等现象，漏电流不应超过规定值，但游离不作击穿判据。 (3) 试

34、验频率为50Hz。8.4.5 变压器绝缘电阻和抗电强度测试8.4.6 温升测试方法点温度计法：只能测量变压器铁心和线圈的表面温度，不能测线圈内部温度。热电偶法：测量变压器线圈内部某一点的温度或温度分布 电阻法测温升：利用了导线电阻与温度成正比增加的性质 为线圈平均温升（K）;t1 ()为测冷态电阻r1时的环境温度; t2 ()为测冷态电阻r2时的环境温度; r1()为在温度t1时测得的线圈冷态电阻；r2 ()为在温度t2时测得的线圈冷态电阻;K为与导线电阻率温度系数有关的常数，铜取234.5，铝取228.1。m 21m1211rrKtttr8.4.6 温升测试方法电阻法测量线圈平均温升的步骤如

35、下：1）测量在环境温度为t1时的冷态电阻r1。测量时，应在温度比较稳定的环境下进行。此时，每隔一定时间测一次冷态电阻，至电阻充分稳定后读数。2）线圈带负荷工作，负荷可分为直接负荷和间接负荷。3）当变压器负荷到规定时间后，先测量变压器各绕组的负载电 压，然后断电测量直流电阻。测量应在环境温度比较稳定时进行，断电后立即用电桥测量线圈的热态电阻r2，或尽快测得4-5个点的热态电阻，并记录从断电到测得数据时间，然后用外推法求出断电瞬间的热态电阻r2。8.4.6 温升测试方法在实验中需要注意:(1) 在试验中变压应用螺栓架空50mm，测量环境温度的温度计应放在距线圈表面200300mm处，试样应避免直接

36、受到风吹以及其他发热体。(2) 所使用的电阻电桥应有足够的灵敏灵，当变压器线圈电阻小于1 时，应采用凯尔文电桥。同时，测量电阻时的引线与试样冷态电阻相比应不大于2% 。(3) 当被试变压器有几个绕组时，应测量线圈内部绕组的温升，也就是说，应在接近线圈1/3厚度处的绕组上测量，因为这一绕组的平均温升最高。8.4.6 温升测试方法(4) 当不用外推法时，热态电阻测量应在20s左右完成。此外，t1和t2之间温差最大不要超过5。(5) 变压器温升达到稳定所需的时间与变压器的质量有关。一般认为在经过45T的时间后变压器温升即达稳定。其中T为变压器发热及冷却时间常数:TCGS式中C为变压器的比热（W/kg

37、）;G为变压器的质量（kg）; 为散热系数( )；S (cm2)为变压器散热面积。2W/cmK8.4.6 温升测试方法8.5电力电子装置中的电磁兼容问题8.5.1 电力电子技术中电磁干扰问题8.5.2 电力电子技术中电磁干扰与电磁兼容标准8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源8.5.4 电力电子技术中的电磁兼容设计电力电子系统中产生的干扰一般分为三类：1、电网频率谐波：电力电子系统中带有相控整流环节形成的；2、开关频率谐波：系统中高频开关环节产生的；3、开关暂态干扰8.5.1 电力电子技术中电磁干扰问题电力电子设备从电网获取能量完成各种能量变换的同时会发射一些高频噪声。这些高频噪声或沿导线传播

38、或从空间辐射，与对之相连的各种设备产生不良影响。 电磁兼容设计的基本方法是指标分配和功能分块设计，也就是首先要根据有关的标准把整体电磁兼容指标逐渐分配到各功能模块上，细化成系统级、设备级、电路级和元件级的指标。然后，按照要实现的功能和电磁兼容指标进行电磁兼容设计。8.5.1 电力电子技术中电磁干扰问题8.5.2电力电子技术中电磁干扰与电磁兼容标准 许多国家都遵循有关国际组织制定的EMC国际标准，结合本国情况，制定和颁布了一系列的EMC国家标准，这些标准详细的规定了测试条件、内容、方法、步骤和技术指标等。1、欧洲电磁兼容标准2、美国电磁兼容标准3、我国电磁兼容标准8.5.3 电力电子装置中的电磁

39、干扰源1、器件级电磁噪声所有半导体变流装置主电路的核心部件是各类现代功率半导体器件，在这类电力电子装置中，无论是主回路还是控制回路，在器件开关过程中，都存在着高的di/dt，它们通过线路或元器件的引线电感引起瞬态电磁噪声。几种典型的电力电子器件的开关波形：功率二极管开关时的电流电压波形8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源a) SCR开通时电流电压示意图b) SCR产生的EMI与其电流容量的关系ruAUA9 . 0 UA1 . 0 Udtktsttnut100A1A理想开关EMI设备nu8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源GTO开、关时电压电流波形：8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源2.

40、高速数字脉冲电路中的门电路造成的开关噪声一个典型的逻辑门，在“开通”状态，从直流电源抽取5mA的电流，而在“关断”状态抽取1mA的电流，则开关时刻的电流变化为4mA；设其开关时间为2ns，电源的引线电感为500nH，当这个门开关转换时，在电源线上就会产生1V的瞬态脉冲电压。一个典型的系统实际上有许多这样的门。如果综合考虑的话，这些门电路在工作时，电源线上产生的瞬态电压有时可高达数十伏，远远超过其电源电压(5伏）。所以对门电路在开关过程中造成的瞬态噪声是必须认真考虑的8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源3. 电力电子装置的电磁噪声（1）整流电路造成的谐波干扰和电磁噪声整流电路与交流供电电网直接

41、相连，所以它本身产生的谐波干扰和电磁噪声以及由它供电的后级电路产生的电磁噪声，均可通过整流电路，以传导耦合的形式引入电网，造成对接在同一电网内的其他设备的干扰。 8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源 考虑一个典型的三相全桥可控整流电路，在可控硅整流器换流时，由于网侧接的大电抗器的影响，使网侧相电压波形出现换流缺口，通过公共电网会造成电磁噪声。8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源（2）电力电子电力脉冲宽度调制（PWM）所造成的电磁噪声在主功率电路中，通常会流过一系列的PWM功率脉冲，其重复频率视应用场合可从几千赫兹到几百千赫兹不等，因而这些脉冲电流中所包含的谐波可以达到几兆赫兹乃至几十兆赫兹

42、的范围，而且它们产生的电磁噪声强度很大 。为了描述这类脉冲列的电磁噪声，在EMI分析中，常采用幅度密度函数(Amplitude Density Function)即频谱分析的方法，其基本思想：分析电力电子电路的电磁噪声时，不去研究噪声信号频谱中各个频率分量的具体准确数值，而是对噪声信号频谱的总宽度以及各频率分量的限度加以分析。8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源 如上图所示，高频开关电源可在交流电网和负载上产生直接传导的电磁噪声（差模与共模两种噪声传导形式），同时还由于内部高频开关所产生的高次谐波的作用，产生辐射噪声。（3）高频开关电源造成的电磁噪声8.5.3 电力电子装置中的电磁干扰源8.

43、5.4电力电子技术中的电磁兼容设计1.屏蔽技术通过优化电路和结构方案的设计，将干扰源本身产生的电磁噪声强度降低到能接受的水平通过各种干扰抑制技术，将干扰源与被干扰电路之间的藕合减弱到能接受的程度电磁兼容设计目的:屏蔽技术是达到上述两个目的、实现电磁干扰防护的最基本也是最重要的手段之一。屏蔽技术 按欲屏蔽的电磁场性质分类按屏蔽体的结构分类电场屏蔽磁场屏蔽电磁场屏蔽完整屏蔽体屏蔽非完整屏蔽体屏蔽编织带屏蔽8.5.4电力电子技术中的电磁兼容设计采用金属屏蔽体屏蔽电场必须满足两个条件：完善的屏蔽及屏蔽体良好接地。对于磁屏蔽通常可以采取两种办法：1)采用高磁导率材料的屏蔽体进行磁屏蔽2)采用反向磁场抵消

44、的办法，实现磁屏蔽8.5.4电力电子技术中的电磁兼容设计广义地说，“地”可以定义为一个等位点或一个等位面。 一个良好的接地系统必须达到下列几个目的： 1)保证接地系统具有很低的公共阻抗。2)在有高频电流的场合，保证“信号地”对“大地”有较低的共模电压。3)保证地线与信号线构成的电流回路具有最小的面积，避免由地线构成“地回路”。4)保证人身和设备的安全。2.接地8.5.4电力电子技术中的电磁兼容设计 按照主要功能划分，接地系统主要由四种子接地系统组成：安全地，信号地，机壳（架）地和屏蔽地。 不同类型控制装置和成套设备组合的系统，应根据其所处的电磁和工作环境，和它们本身及负载的运行特点，遵照前面讨

45、论的接地原则，设计相应的接地系统。 8.5.4电力电子技术中的电磁兼容设计 通过正确的屏蔽和接地系统的设计，一个电力电子系统的电磁干扰可以得到十分有效的抑制，但是有时电磁干扰的电平可能仍旧高于标准允许的电平。此时对于辐射干扰，除了进一步加强屏蔽以外，别无它法；而对于传导干扰，滤波是十分有效的方法。 3.滤波8.5.4电力电子技术中的电磁兼容设计1)滤波器中用的LC元件 ，具有足够大的无功容量2)信号处理中用的滤波器，通常总是按阻抗完全匹配状态设计的 3)在EMC设计中，对滤波器所用的LC元件寄生参数的控制，要求比较苛刻。 4)EMI滤波器虽然是抗电磁干扰的重要元件，但是，使用时必须仔细了解其特性并正确使用，否则不但收不到应有的效果，而且有时还会导致新的噪声。 在EMC兼容设计中所讨