柴油發電機組交流電源輸出指示燈干擾問題的研究

蔣繼云，張延晶

（1.泰豪科技股份有限公司，江西 南昌330096；2.空軍駐江西地區軍事代表室，江西 南昌330096）

0 引 言

柴油發電機組控制回路中常使用LED指示燈作為交流電源輸出指示燈。柴油發電機組的電磁環境復雜、控制電纜和電源電纜在同一個控制柜中交叉或并行布置、線纜長等原因，柴油機發電機組發電后，電源電纜有電流經過時在其外圍會形成磁場，磁場的變化在電源電纜上形成電場，即為感應電壓，感應電壓通常在5～20 V之間。由于LED指示燈抗干擾性差及工作電壓低，感應電壓致使柴油發電機組在未合閘輸出的狀態下交流電源輸出指示燈LED也會出現微亮，直接影響著操作人員對柴油發電機組工作情況的判斷和進一步操作。

1 LED簡介

LED俗稱發光二極管，關鍵部分是半導體晶片，由兩種半導體組成，一種是P型半導體，一種是N型半導體，這兩種半導體共同合成一個P－N結。導線電流經過發光二極管時，電量會由N區導向P區，在P區里電量跟空位復合，就會發出光能，使發光二極管發亮。

LED燈具有使用低壓電源、耗能少、適用性強、穩定性高、響應時間短、對環境無污染、多色發光、高亮度、低熱量、使用壽命長等優點。發光二極管耗能低，正常發光二極管的工作電壓在2～3.6 V，功率較小，不大于0.1 W。

2 感應電壓的產生

（1）交變磁場感應

柴油發電機組的發電機、通電的電源電纜、電流互感器和電容等的周圍都有極強的交變磁場，由法拉第電磁感應定律相關原理可知，處在交變磁場力的電纜會被感應形成感應電壓。對柴油發電機組交流電源輸出指示燈感應電壓進行檢測，當感應電壓達到2.6 V時，交流電源輸出指示燈的LED就會發光，造成交流電源輸出指示燈誤指示。

（2）電源濾波器對地電容產生漏電流

柴油發電機組中采用電源濾波器抑制交流輸出電源產生的共模干擾和差模干擾。電源濾波器中配置X電容和Y電容，其中X電容用于消除差模干擾，Y電容用于消除共模干擾。但在電源濾波器中的Y電容會致使柴油發電機組的漏電流變大。這就對柴油機發電機組的接地要求提高，如果接地不良，漏電流就會造成電壓差，一旦電壓差達到交流電源輸出指示燈LED的發光門限電壓時，LED就會發光，造成交流電源輸出指示燈誤指示。

（3）非線性器件產生的干擾

在永磁逆變柴油發電機組中，逆變器具有中頻交流轉換成直流、再由直流轉換成工頻交流的功能。在逆變器中配置有交流和直流相互轉換的器件，以及一些整流、濾波器件，這些器件都屬于非線性器件，會對永磁逆變柴油發電機組中的其它器件產生電磁干擾。此外，逆變器采用SPWM脈沖寬度調制計算方法，會產生開關頻率響應的高次諧波群，其高載波頻率和場控開關器件的高速切換所產生的電磁干擾相當嚴重，對逆變永磁柴油發電機組中其它器件產生電磁干擾。

（4）電纜間由于感應電容形成的干擾

在柴油發電機組中，電源電纜同控制電纜有相互交叉現象，導致在相近的平行電纜之間形成電容。如果電纜比較短，那么形成的電容較小，不會產生影響；如果電纜比較長，那么電纜間形成的電容就會產生感應電壓，當感應電壓接近交流電源輸出指示燈的LED發光門限電壓時，LED就會發光，造成交流電源輸出指示燈誤指示。

3 解決措施

根據對柴油發電機組控制電路的分析以及電磁兼容設計經驗，對柴油發電機組交流電源輸出指示燈LED干擾問題采取的解決措施有：

（1）選用高觸發電壓的抗干擾型的LED指示燈

針對柴油發電機組交流輸出指示燈誤指示問題，經與指示燈廠家探討，選用高觸發電壓的抗干擾能力強的指示燈可以解決該問題。這類指示燈的內部電路進行了改進，比普通的指示燈多了1個門限值電路，提高了LED的門限電壓，使得LED的門限電壓由原理的3.6 V提高到了30 V，解決了柴油發電機組交流輸出指示燈干擾問題。

（2）在指示燈上串聯電阻

根據能量守恒定律，指示燈上的感應電動勢即為指示燈的電源電動勢，全電路公式：

式中，E是電源電動勢，單位為伏特（V）；R是負載電阻；r是電源內阻。

電源內阻r為零，燈阻為R1，在交流電源輸出指示燈上串聯一個電阻R2，則：

通過公式可知，在交流電源輸出指示燈上串聯一個電阻進行分壓，可以有效降低指示燈LED的感應電壓。但如果電阻越大，電阻上得到的分壓就越大，通過電阻上的電流就越小，如果電阻過大就會影響交流電源輸出指示燈的正常點亮，因此在解決實際問題時，應根據交流電源輸出指示燈的實際感應電壓選用合適的電阻。

（3）線路隔離

調整柴油發電機組控制原理，采用輸出接觸器輔助觸點或與輸出開關同步合閘的中間繼電器的常開觸點，對相互干擾的元器件回路進行隔離，降低元器件之間的相互耦合和感應。

圖1為柴油發電機組交流電源輸出合分閘及輸出指示控制原理圖，采用圖1（a）的控制原理，在試驗時，交流輸出接觸器KM1未合閘，會出現交流電源輸出指示燈HL1和HL2微亮的情況。

圖1 柴油發電機組交流電源輸出合分閘及輸出指示控制原理圖

采用線路隔離的方法，如圖1（b）所示，將交流電源輸出指示燈HL2的一端通過交流電源輸出接觸器KM1的常開輔助觸點與交流電源輸出指示燈HL1進行隔離。調整原理后，經試驗，交流輸出接觸器KM1未合閘時，不會出現交流電源輸出指示燈HL1和HL2微亮的情況。

（4）線纜屏蔽

導線選用屏蔽線，電纜選用屏蔽電纜，多芯電纜選用單芯屏蔽且雙絞式的屏蔽電纜，屏蔽電纜的屏蔽層接地應有效、可靠，從而避免電纜線上產生感應電壓。

（5）接地

可靠、合理接地可消除因電源濾波器對地電容產生的漏電流造成的地電位差而形成的干擾源。

4 結束語

在柴油發電機組控制系統中，感應電壓是普遍存在的，產生干擾因素較多。在實際解決交流電源輸出指示燈干擾問題時，應先根據實際情況定位產生干擾的原因，因地制宜，根據實際原因全面的考慮解決措施，可采用本文中的一種或多種解決措施實施有效的抗干擾，以保證柴油發電機組交流電源輸出指示燈的正常指示。