探究變頻器的電磁兼容與電磁干擾抑制問(wèn)題

(3)優(yōu)化驅動(dòng)電路

由于pwm電機驅動(dòng)系統產(chǎn)生傳導emi的主要原因是功率半導體器件高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作所引起的dv/dt和di/dt過(guò)大，并且它們的大小還直接影響著(zhù)系統emi的發(fā)射強度，而且對于常用的開(kāi)關(guān)器件，其開(kāi)關(guān)瞬間dv/dt和di/dt的大小受門(mén)極驅動(dòng)脈沖波形和門(mén)極雜散電容的影響，因此，如果單純從減小系統emi發(fā)射強度的角度考慮，通過(guò)選擇適當的電路拓撲結構和控制策略是可以減小dv/dt和di/dt，實(shí)現降低系統emi發(fā)射強度。vinod john等學(xué)者根據igbt的結構特點(diǎn)、開(kāi)關(guān)特性及其所具有的彌勒效應提出了一種三級驅動(dòng)的思想，并設計出了相應的電路。它既能應用于分立器件，也能應用于igbt模塊，而且還適用于軟開(kāi)關(guān)和硬開(kāi)關(guān)技術(shù);另外一種減小dv/dt和di/dt的方法就是增加緩沖吸收電路。該方法在一定程度上減小了dv/dt和di/dt，對系統emi具有改善作用，但事實(shí)上它只是消除了器件開(kāi)關(guān)時(shí)的振蕩現象，效果不是很明顯。

3.2 基于切斷傳導傳播途徑的emi抑制方法

盡管單純從emc角度出發(fā)，降低干擾源對外發(fā)射電磁干擾強度是能夠減小系統emi，但會(huì )受到開(kāi)關(guān)損耗增大、抑制幅度有限、控制策略繁雜及電壓利用率降低等不利因素的限制。為此各國學(xué)者相繼提出了一些用于阻斷emi傳播途徑的emi濾波器結構，并且實(shí)驗表明經(jīng)過(guò)正確設計的濾波器，能夠使系統emi發(fā)射強度減小到emc標準限值以下，這是電氣設備和系統實(shí)現電磁兼容的重要手段。同諧波濾波器一樣，emi濾波器也可以被劃分為無(wú)源emi濾波器和有源emi濾波器兩種。

(1)有源emi濾波器

有源濾波器是通過(guò)有源電路來(lái)消除emi噪聲能量。有源濾波器的具體工作原理是通過(guò)檢測環(huán)節檢測到emi電流或電壓，然后將其反向回饋給系統，以此來(lái)抵消系統所產(chǎn)生的emi電流或電壓，達到消除emi的目的。

目前比較典型的用于消除共模電流的有源濾波器如圖7所示。它由小型共模電流變壓器和一對互補的高頻晶體管組成，逆變器開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，高頻漏電流通過(guò)電機繞組和機座間的寄生電容經(jīng)地線(xiàn)回到電源側，共模電流變壓器將共模電流isl 檢測出來(lái)，經(jīng)互補晶體管放大產(chǎn)生補償電流il′，如果變壓器變比與晶體管放大倍數乘積足夠大，就可消除漏電流il，完全抑制了流入到電源側的共模電流isl。

圖7 用于消除共模電流的有源濾波器

傳統的用于消除共模電壓的有源濾波器如圖8所示，文獻將其稱(chēng)為有源共模噪聲消除器，acc連接在逆變器的輸出端和三根電纜之間，由共模電壓傳感器、補償電路和共模變壓器組成，acc在逆變器輸出端疊加一個(gè)補償電壓，該補償電壓與pwm逆變器產(chǎn)生的共模電壓極性相反、幅值相等，從而使施加在負載上的共模電壓被完全消除，也就減小了共模電流和傳導emi。

圖8 用于消除共模電壓的有源濾波器

(2)無(wú)源emi濾波

無(wú)源emi濾波通常是由電阻、電感、電容等元器件組成，目前最為常見(jiàn)的是電源emi濾波器，其結構見(jiàn)圖9所示。由于它只能抑制emi噪聲，而對pwm電機驅動(dòng)系統的其它負面效應無(wú)抑制作用，為此各國學(xué)者又相繼提出了一些兼顧其它功能的無(wú)源emi濾波器。如a.v.jouanne等學(xué)者所提出的共模變壓器方案，結構如圖10所示。該方案是從消除電動(dòng)機側共模emi電流的角度進(jìn)行設計的，它是在共模扼流圈的基礎上，再在同一磁芯上纏繞一個(gè)終端連接阻尼電阻的第四繞組，以此抑制共模emi電流的振蕩，達到消除電機端共模電壓帶來(lái)的其它負面效應。

圖9 典型三相emi電源濾波器

圖10 共模變壓器方案

d.a.rendusara等學(xué)者提出了改進(jìn)型二階rlc低通功率變換器輸出濾波器，結構見(jiàn)圖11所示。它與原型濾波器相比，其重要區別就是通過(guò)導線(xiàn)把以星型形式連接的阻容電路中性點(diǎn)“n`”與變換器直流母線(xiàn)鉗位中點(diǎn)“m”接在一起。該濾波器的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)減小電機側的傳導差模emi電流和傳導共模emi電流，并且如果參數設計合理，還可以使rf、lf和cf的值很小，而將其安裝在功率變換器機殼內。它可以使電機端的過(guò)電壓、對地共模emi電流以及軸電壓顯著(zhù)減小，并且該濾波器的尺寸、損耗以及成本都較低。

圖11 改進(jìn)型二階無(wú)源低通濾波器

4 結束語(yǔ)

隨著(zhù)國際標準的強制執行，再加上科研過(guò)程中不斷出現新的電磁干擾問(wèn)題，使得變頻器的電磁兼容問(wèn)題成為亟待解決的問(wèn)題。本文從分析pwm變頻器傳導干擾機理入手，總結了目前傳導干擾的抑制措施，具有參考意義?？偟膩?lái)說(shuō)，變頻器的電磁兼容設計還處于初期階段，還需要我們付出長(cháng)期不懈的努力。相信在未來(lái)變頻器的電磁兼容設計將會(huì )有更好的發(fā)展。