變頻器的電磁兼容與電磁干擾抑制

　1 引言
　　隨著變頻器的小型化、多功能化和高性能化，尤其是控制手段的全數(shù)字化，變頻器的靈活性和適應(yīng)性在不斷增強(qiáng)。因此CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，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（pulse width modulation，pwm脈寬調(diào)制技術(shù)）控制技術(shù)。
　　采用pwm變頻驅(qū)動(dòng)的電機(jī)系統(tǒng)通過(guò)功率變換器對(duì)電能進(jìn)行變換和控制，電機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)得到較大提高。但是由于變頻器中的功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，器件的高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作使得電壓和電流在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生跳變，這使得電壓、電流均含有豐富的高次諧波，這些諧波的電磁噪聲能量會(huì)通過(guò)電路連接或電磁波空間耦合形成電磁干擾(electromagnetic interference emi)，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)自身和周?chē)h(huán)境產(chǎn)生較大的影響[1-4]。在產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾中，噪聲信號(hào)頻率從幾khz到數(shù)十mhz，干擾強(qiáng)度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值。
　　于是對(duì)變頻器等現(xiàn)代電子、電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者就面臨著一個(gè)“如何確保電子、電氣系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中既能達(dá)到設(shè)計(jì)目的，同時(shí)又不干擾周邊其它電氣系統(tǒng)正常工作”的新問(wèn)題，即電子、電氣系統(tǒng)的電磁兼容(electrom
agnetic compatibility，emc)問(wèn)題。
　　目前，國(guó)際社會(huì)對(duì)電磁兼容問(wèn)題非常重視，相繼成立多個(gè)組織來(lái)制定電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)際無(wú)線(xiàn)電特別委員會(huì)的cispr標(biāo)準(zhǔn)，iec系列標(biāo)準(zhǔn)，歐盟的en系列標(biāo)準(zhǔn)等。在國(guó)內(nèi)，全國(guó)無(wú)線(xiàn)電干擾委員會(huì)、中國(guó)電源學(xué)會(huì)電磁兼容委員會(huì)、ieee北京分部電磁兼容分會(huì)等許多組織也在從事有關(guān)emc方面的工作。我國(guó)的國(guó)家emc標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)制定并開(kāi)始實(shí)施，如國(guó)標(biāo)(gb)、軍標(biāo)(gjb)，所有這些都促進(jìn)了我國(guó)電磁兼容的研究和發(fā)展。pwm變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所產(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)的要求，正確的設(shè)計(jì)、合理的運(yùn)用抑制手段，使系統(tǒng)emi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。
　　2 pwm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

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，通過(guò)金屬導(dǎo)線(xiàn)或其他元器件（如電容、電感和變壓器等）耦合至被騷擾設(shè)備（電路）。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（電路）。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。為便于分析
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，可以根據(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)變流器中的功率半導(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，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[5]。其大小可以表示為：
　　i=cdu/dt
　　式中c為電池干擾源和敏感設(shè)備之間的等效耦合電容。
　　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