變頻器電磁兼容與干擾抑制探討

　　由于電磁干擾產(chǎn)生必須具備三要素：電磁干擾源、電磁干擾傳播途徑和敏感設備，所以對于抑制pwm變頻驅動(dòng)電機系統的傳導干擾也必須從三要素入手，即降低干擾源的強度、切斷傳播途徑和提高敏感設備的抗擾度。

　　3.1 基于減小干擾源發(fā)射強度的emi抑制技術(shù)

　　從降低干擾源的強度來(lái)看，歸納起來(lái)有三種具有代表性的方法：改變電路拓撲、改進(jìn)控制策略和優(yōu)化驅動(dòng)電路。

　　(1)改變電路拓撲

　　改進(jìn)電路拓撲的思路主要是通過(guò)對稱(chēng)結構來(lái)消除變換器輸出的共模電壓，并且由于開(kāi)關(guān)器件上電壓變化率減半而使得裝置輸入側傳導干擾發(fā)射水平降低。以a.l.julian為首的學(xué)者根據“電路平衡”原理提出了一種用于消除三相功率變換器輸出共模電壓的三相四橋臂方案[9-11]，其實(shí)驗電路見(jiàn)圖3所示。該方法基本思想是采用一個(gè)外加“輔助相”使三相系統電路的對地電位對稱(chēng)，并通過(guò)調整開(kāi)關(guān)順序，使四橋臂輸出相電壓之和盡可能為零，實(shí)現共模電壓完全為零。與傳統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，電路結構見(jiàn)圖4所示。這種輔助零狀態(tài)合成器方法在經(jīng)濟方面很有吸引力，并且還可以使消除感應電機側共模電壓。

　　圖4 輔助零狀態(tài)合成器結構圖

　　與傳統的功率變換相比，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的共模電壓，但它們所采用的調制策略都會(huì )使系統電壓利用率下降。為此，haoran zhang等學(xué)者提出了一種用于消除電機共模電壓和軸電流的雙橋功率變換器，拓撲結構見(jiàn)圖5所示。它是通過(guò)控制雙橋功率變換器產(chǎn)生標準的三相雙繞組感應電動(dòng)機平衡激勵，并通過(guò)平衡激勵(磁系統)實(shí)現抵消共模電壓，達到消除軸電壓、軸電流及充分減小漏電流、emi發(fā)射強度的目的。

　　圖5 雙功率變換器驅動(dòng)電路

　　為了消除pwm電機驅動(dòng)系統共模電流，a.consoli等學(xué)者基于共模電壓補償技術(shù)，提出了一種應用于由兩個(gè)或多個(gè)功率變換器組成的多驅動(dòng)系統公共直流母線(xiàn)共模電流消除技術(shù)，拓撲結構見(jiàn)圖6所示。該方法是在兩個(gè)功率變換器做適當連接的基礎上，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調制策略。

　　圖6 公共直流母線(xiàn)多電動(dòng)機驅動(dòng)共模電壓抑制系統

　　(2)改進(jìn)控制策略

　　由于兩電平pwm調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制策略。韓國學(xué)者hyeoun-dong lee對全控型三相整流/逆變器的空間矢量調制方式進(jìn)行了改動(dòng)，它是依據非零矢量位置的移動(dòng)會(huì )減小系統輸出共模電壓脈沖數量和作用時(shí)間這一原理，實(shí)現共模電壓的減小。另外該學(xué)者還提出了通過(guò)檢測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svpwm方式的三分之二;再有m.zigliotto等學(xué)者提出了以隨機開(kāi)關(guān)頻率調制方式實(shí)現電磁干擾能量在頻域范圍內分布平均化的抑制技術(shù)。

　　(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。