變頻器電磁兼容與干擾抑制探討

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1、變頻器電磁兼容與干擾抑制探討1引言變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。在現(xiàn)代工業(yè)中，變頻器的使用越來(lái)越廣泛。目前幾乎所有變頻器都采用pwm控制技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)電磁兼容問(wèn)題非常重視。pwm變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所

2、產(chǎn)生的電磁干擾也越來(lái)越受到人們的重視。為了達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的耍求，正確的設(shè)計(jì)、合理的運(yùn)用抑制手段，使系統(tǒng)cmi發(fā)射強(qiáng)度減小到emc標(biāo)準(zhǔn)限值以下，使電氣設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電磁兼容。2pwm變頻器的傳導(dǎo)干擾機(jī)理所謂傳導(dǎo)耦合是指電磁噪聲的能量在電路中以電壓或電流的形式，通過(guò)金屬導(dǎo)線(xiàn)或其他元器件耦合至被騷擾設(shè)備。傳導(dǎo)耦合又可以分為直接傳導(dǎo)耦合和公共阻抗傳導(dǎo)耦合。直接傳導(dǎo)耦合是指噪聲直接通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)、金屬體、電阻、電容、電感和變壓器等實(shí)際元器件耦合到被騷擾設(shè)備。公共阻抗傳導(dǎo)耦合是指噪聲通過(guò)印制板電路和機(jī)殼接地線(xiàn)、設(shè)備的公共安全接地線(xiàn)以及接地網(wǎng)絡(luò)中的共地阻抗產(chǎn)生公共的地阻抗耦

3、合；噪聲通過(guò)交流供電電源及直流供電電源的公共電源阻抗時(shí)，產(chǎn)生公共電源阻抗耦合。功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)引起系統(tǒng)中各組件間復(fù)雜的相互耦合作用就會(huì)形成傳導(dǎo)干擾。傳導(dǎo)干擾考慮的最高頻率為30mhz,在真空中相應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)λ為10m,因而對(duì)于尺寸小于λ/2π的電力電子裝置來(lái)講，屬于近場(chǎng)范圍，可用集總參數(shù)電路進(jìn)行電磁干擾分析?？梢愿鶕?jù)傳導(dǎo)干擾傳播耦合通道的不同將系統(tǒng)輸入/輸出導(dǎo)線(xiàn)上的騷擾區(qū)分為共模干擾和差模干擾兩部分，一般認(rèn)為共模干擾主要是由于系統(tǒng)變流器屮的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的dv/dt經(jīng)系統(tǒng)對(duì)地雜散電容耦合而傳播，

4、一個(gè)極的電壓變化都會(huì)通過(guò)容性耦合到另一個(gè)極產(chǎn)生位移電流。通過(guò)寄生電容產(chǎn)生的電流并不需要直接的電氣連接，甚至可以沒(méi)有地。其大小可以表示為：i二cdu/dt,式屮c為電池干擾源和敏感設(shè)備Z間的等效耦合電容。差模干擾則主要是由于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)引起的di/dt經(jīng)輸入輸出線(xiàn)間的導(dǎo)體傳播。當(dāng)然，這些只是傳導(dǎo)干擾產(chǎn)生的最本質(zhì)原因，而不同的電機(jī)系統(tǒng)其傳導(dǎo)干擾的具體成因不同，另外，共模干擾和差干騷擾是可以相互轉(zhuǎn)化的，并不是絕對(duì)分開(kāi)的。比為共模電流傳輸通道的不平衡造成非本質(zhì)差模噪聲的電路圖。圖1非本質(zhì)差模噪聲產(chǎn)生機(jī)理。該方法基本思想是釆用一個(gè)外加“輔助相&

5、rdquo;使三相系統(tǒng)電路的對(duì)地電位對(duì)稱(chēng)，并通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)順序，使四橋臂輸出相電壓之和盡可能為零，實(shí)現(xiàn)共模電壓完全為零。與傳統(tǒng)三橋臂功率變換器相比，它的共模emi可以減小約50%。圖3帶二階濾波器的三相四橋臂功率變換器m.d.manjrekar和a.rao等學(xué)者提出了一種通過(guò)添加輔助零狀態(tài)開(kāi)關(guān)，以消除因零開(kāi)關(guān)狀態(tài)而產(chǎn)生共模電壓的方案，電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4所示。這種輔助零狀態(tài)合成器方法在經(jīng)濟(jì)方面很有吸引力，并且還可以使消除感應(yīng)電機(jī)側(cè)共模電壓。圖4輔助零狀態(tài)合成器結(jié)構(gòu)圖與傳統(tǒng)的功率變換相比，盡管三相四橋臂和輔助零狀態(tài)合成器這兩種方法都能夠消除或降低系統(tǒng)的共模電壓，但它

6、們所采用的調(diào)制策略都會(huì)使系統(tǒng)電壓利用率下降。為此，heiotan7曲昭等學(xué)者提出了一種用于消除電機(jī)共模電壓和軸電流的雙橋功率變換器，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5所示。它是通過(guò)控制雙橋功率變換器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的三相雙繞組感應(yīng)電動(dòng)機(jī)平衡激勵(lì)，并通過(guò)平衡激勵(lì)(磁系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)抵消共模電壓，達(dá)到消除軸電壓、軸電流及充分減小漏電流、emi發(fā)射強(qiáng)度的目的。圖5雙功率變換器驅(qū)動(dòng)電路為了消除pwm電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共模電流，a.consoli等學(xué)者基于共模電壓補(bǔ)償技術(shù)，提出了一種應(yīng)用于由兩個(gè)或多個(gè)功率變換器組成的多驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)公共直流母線(xiàn)共模電流消除技術(shù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6所示。該方法是在兩個(gè)功率變換器做適當(dāng)

7、連接的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制兩個(gè)變換器狀態(tài)序列而使共模電壓同步變化的新pwm調(diào)制策略。圖6公共直流母線(xiàn)多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)共模電壓抑制系統(tǒng)(2)改進(jìn)控制策略市于兩電平pwm調(diào)制策略將不可避免的使功率變換器輸出含有共模電壓，為此一些學(xué)者基于改進(jìn)逆變器控制方式或策略，提出了一些可以消除或減小共模電壓的新調(diào)制策略。韓國(guó)學(xué)者h(yuǎn)yeoun-donglee對(duì)全控型三相整流/逆變器的空間矢量調(diào)制方式進(jìn)行了改動(dòng)，它是依據(jù)非零矢量位置的移動(dòng)會(huì)減小系統(tǒng)輸出共模電壓脈沖數(shù)量和作用時(shí)間這一原理，實(shí)現(xiàn)共模電壓的減小。另外該學(xué)者還提出了通過(guò)檢測(cè)整流器濾波電容鉗位中點(diǎn)電位的過(guò)零點(diǎn)極性，并選用兩個(gè)不同

8、零矢量的方法。該方法可以將功率變換器輸出的共模電壓降低到傳統(tǒng)svp