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变压器智能组件供电开关电源的电磁干扰及抑制措施研究

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导师姓名
刘欣
学科专业
工程硕士(专业学位)
文献出处
华北电力大学   2019年
关键词
反激式开关电源论文  电磁干扰论文  暂态地电位升论文  抑制措施论文
论文摘要

智能高压设备是智能变电站的基本单元,具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等技术特征的高压设备,由高压设备本体、传感器和智能组件组成。智能变电站智能组件需就近布置在智能高压设备宿主设备附近,这对智能组件的安全可靠运行提出了更为严格的要求。智能组件的可靠性直接影响着智能高压设备的安全运行,变电站中的暂态地电位升高等电磁骚扰对智能组件的影响尤其明显。变压器是变电站中最为关键的设备,其智能组件部分在诸如雷电冲击、开关操作过程中出现故障的几率较高,既有部分IED功能的瞬时失效,也有电气接口乃至电路板内部的击穿损坏现象,显现出目前智能组件在与宿主设备一体化设计的过程中过电压防护措施的缺失。而且,变压器智能组件需随变压器本体开展型式试验,通过在多个变压器厂实验站的现场实测,发现在试验中智能组件的损坏主要集中于供电电源的损坏。因此本文集中讨论智能组件供电开关电源的电磁骚扰问题。开关电源中半导体器件的开关动作时会产生较为严重的电磁干扰,其会通过电网传导至电磁噪声敏感设备,妨碍其正常运行;另一方面,由于智能组件需同变压器本体一同开展型式试验,雷电全波和截波冲击试验产生的暂态地电位升高同样会威胁智能组件直流供电电源的安全运行。因此,本文主要从电磁干扰的时频特性、传播路径、抑制方法等方面开展研究,揭示智能组件直流供电电源的电磁干扰机理并提出相应的防护措施。本文主要工作如下:(1)考虑到传统的方法中仅将开关电源作为具有一定输入、输出特性的宏模型难以精细分析开关电源内部的电磁干扰,因此本文基于反激式开关电源的工作原理,通过开关管、二极管、滤波电容等元器件和控制芯片的选型和反馈回路、控制回路、缓冲电路的设计,制作完成了一款反激式开关电源,通过带载运行,验证了其功能的正确性。(2)采用电磁场仿真和实验测试的手段,建立了反激式开关电源中有源元件和无源元件的高频模型,基于Pspice建立了开关电源的完整仿真电路。基于此模型,对开关电源产生电磁骚扰的时频特性进行了分析。最后针对电磁干扰产生机理和传播路径提出了相应的抑制措施,仿真验证抑制措施的有效性。(3)通过建立高压实验大厅暂态地电位升对开关电源的电磁干扰的仿真计算模型,进行了暂态地电位升高造成开关电源损坏的机理分析,揭示了试验中电源内部整流二极管极易损坏的原因。在上述分析的基础上,提出有效的防护措施,并通过实验验证了防护措施的有效性。

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