逆變電源變壓器偏磁問題的原因分析及預防措施

與普通變壓器的工作狀況不同，逆變電源變壓器容易出現偏磁問題，偏磁是逆變電源變壓器的特有現象。這是由于當變壓器鐵心中的磁感應強度存在直流分量時，磁感應強度的波形正負半波不對稱，或向上偏或向下偏，這種現象稱為變壓器的偏磁現象。偏磁嚴重時會導致變壓器鐵心出現磁飽和。

變壓器磁飽和對整個電源系統的正常運行將產生極其不利的影響，表現在以下幾個方面:

(1)變壓器飽和時，由于勵磁電流很大，將導致逆變器開關器件的電流過大，可能使過流保護動作或開關器件損壞;

(2)變壓器飽和時，由于勵磁電流中含有大量的諧波成分，諧波電流在變壓器漏感上的諧波壓降將導致輸出電壓波形出現嚴重畸變;

(3)變壓器飽和時，由于勵磁電流很大，將使變壓器的發熱及噪聲增加。

于是對逆變電源變壓器偏磁產生原因進行深入研究，并提出有效的抗偏磁措施顯得尤其必要，本文將在下面進行探討。

設I1 、 I 2分別表示逆變電源變壓器原邊、副邊的電流，H表示鐵心中的磁場強度。NI, N2分別表示變壓器原邊·副邊繞組匝數。L為變壓器鐵心的磁路長度。

由安培環路定律得:

H*L== I1*N1+I2*N2 (2.19)　　設u1dc、i1dc分別表示u1、 i1中的直流分量。Hdc i2dc分別表示H,i2中的直流分量。R1表示變壓器原邊繞組的電阻。由(2. 19)式知，變壓器中直流分量產生的磁場強度為:

Hdc =1/L(N1*u1dc/R1+ i2dc *N2) (2.20)

由(2.20)式知，造成逆變電源變壓器出現偏磁的原因有兩個:

(1)變壓器原邊電壓中存直流分量;

(2)變壓器副邊電流存在直流分量。

在逆變電源系統中，如果給定的正弦波或者三角載波中存在直流分量，或反饋所用的霍爾元件存在零點漂移，或開關管驅動信號的死區時間不一致等都會導致變壓器初級電壓中存在直流分量;當逆變電源的負載是單相半整流負載時，變壓器次級電流中也將出現直流分量。

抗偏磁措施有以下幾種:

(1)盡量選用飽和磁感應強度高的鐵磁材料作鐵芯，如0. l mm的硅鋼片壓制而成的鐵心，以提高變壓器對偏磁的承受能力。

(2)使給定的正弦波或三角載波盡量不含直流分量:開關管驅動信號的死區時間盡量一致。

(3)盡量避免使用半波整流負載，即使電源帶半波整流負載，功率也不能很大。

(4)變壓器鐵芯間加氣隙。

(5)當逆變電源輸出功率較小時，變壓器原邊可以串電容，隔離其直流成分。

(6)采用對變壓器原邊電壓中的直流分量進行補償控制來改善變壓器偏磁飽和的方法。