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

當前消磁繞組由全船式發展為分區式，艦船在航行過程中，隨著姿態和航向的變化，繞組上的消磁電流也隨之改變，變化的電流產生變化的磁場，變化的磁場通過船體感應到同一分量的其他分區上，產生干擾電勢，最終在被干擾的繞組上產生干擾電流，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，動態誤差最大為2.62%，運行11路時，動態誤差最大為3.63%，詳細數據見表1。

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

表1 誤差對比表

2.2 耦合干擾測試

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

圖1 YQ繞組電流與YJ繞組感應電壓波形示意圖

圖1 中，兩者相位相差90°，感應電壓為非標準的正弦波。當繞組通過正弦波電流時，在繞組上產生相應的正弦波磁場，由于船體磁感應系數的非線性，通過感應繞組的磁場為非正弦波磁場，感應電壓為非標準的正弦波。感應繞組上的感應電壓正比于繞組磁場的變化率，兩者相位相差 90°［5～8］。

2.3 機理分析

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

圖2 繞組耦合下輸出等效電路

結合圖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正向導通，輸出電壓為負電壓，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，相當于高次諧波，U藕合主要通過 C1、CO經過 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，通過渦流補償的方式，使同一分量的不同繞組相位略為錯開，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，因此采用渦流補償技術，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償功能，只能在實驗室進行試驗。

試驗框圖如圖6所示，其中分流器、DDI誤差測試儀、平行環為測試設備；5.95Ω為模擬電阻，變壓器模擬繞組的耦合特性、150Ω電阻調整負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備，電源模塊具有感應、渦流、固定量設置。感應量設置范圍-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，動態誤差增加了2%，適當地采用渦流補償后，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生的干擾電流；

2）采用適當的渦流成分，補償耦合電流。

電路經改進后，實船經過多次試驗，再無發生此類故障，整改效果明顯。

4 結語

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精度的問題，通過實船測試與分析，指出了原設計電路上的不足，提出減少電源的輸出電容和渦流補償技術的解決措施，經實驗室驗證及實際使用，改進的電路達到設計要求。