探究變頻器的電磁兼容與電磁干擾抑制問題

(3)優(yōu)化驅(qū)動電路

由于pwm電機驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生傳導(dǎo)emi的主要原因是功率半導(dǎo)體器件高頻開關(guān)動作所引起的dv/dt和di/dt過大，并且它們的大小還直接影響著系統(tǒng)emi的發(fā)射強度，而且對于常用的開關(guān)器件，其開關(guān)瞬間dv/dt和di/dt的大小受門極驅(qū)動脈沖波形和門極雜散電容的影響，因此，如果單純從減小系統(tǒng)emi發(fā)射強度的角度考慮，通過選擇適當(dāng)?shù)碾娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略是可以減小dv/dt和di/dt，實現(xiàn)降低系統(tǒng)emi發(fā)射強度。vinod john等學(xué)者根據(jù)igbt的結(jié)構(gòu)特點、開關(guān)特性及其所具有的彌勒效應(yīng)提出了一種三級驅(qū)動的思想，并設(shè)計出了相應(yīng)的電路。它既能應(yīng)用于分立器件，也能應(yīng)用于igbt模塊，而且還適用于軟開關(guān)和硬開關(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(tǒng)emi具有改善作用，但事實上它只是消除了器件開關(guān)時的振蕩現(xiàn)象，效果不是很明顯。

3.2 基于切斷傳導(dǎo)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(tǒng)emi，但會受到開關(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(jié)構(gòu)，并且實驗表明經(jīng)過正確設(shè)計的濾波器，能夠使系統(tǒng)emi發(fā)射強度減小到emc標(biāo)準(zhǔn)限值以下，這是電氣設(shè)備和系統(tǒng)實現(xiàn)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

有源濾波器是通過有源電路來消除emi噪聲能量。有源濾波器的具體工作原理是通過檢測環(huán)節(jié)檢測到emi電流或電壓，然后將其反向回饋給系統(tǒng)，以此來抵消系統(tǒng)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，逆變器開關(guān)動作時，高頻漏電流通過電機繞組和機座間的寄生電容經(jīng)地線回到電源側(cè)，共模電流變壓器將共模電流isl 檢測出來，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(shù)乘積足夠大，就可消除漏電流il，完全抑制了流入到電源側(cè)的共模電流isl。

圖7 用于消除共模電流的有源濾波器

傳統(tǒng)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(fù)載上的共模電壓被完全消除，也就減小了共模電流和傳導(dǎo)emi。

圖8 用于消除共模電壓的有源濾波器

(2)無源emi濾波

無源emi濾波通常是由電阻、電感、電容等元器件組成，目前最為常見的是電源emi濾波器，其結(jié)構(gòu)見圖9所示。由于它只能抑制emi噪聲，而對pwm電機驅(qū)動系統(tǒng)的其它負(fù)面效應(yīng)無抑制作用，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(jié)構(gòu)如圖10所示。該方案是從消除電動機側(cè)共模emi電流的角度進行設(shè)計的，它是在共模扼流圈的基礎(chǔ)上，再在同一磁芯上纏繞一個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的其它負(fù)面效應(yīng)。

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)者提出了改進型二階rlc低通功率變換器輸出濾波器，結(jié)構(gòu)見圖11所示。它與原型濾波器相比，其重要區(qū)別就是通過導(dǎo)線把以星型形式連接的阻容電路中性點“n`”與變換器直流母線鉗位中點“m”接在一起。該濾波器的優(yōu)點是可以同時減小電機側(cè)的傳導(dǎo)差模emi電流和傳導(dǎo)共模emi電流，并且如果參數(shù)設(shè)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(nèi)。它可以使電機端的過電壓、對地共模emi電流以及軸電壓顯著減小，并且該濾波器的尺寸、損耗以及成本都較低。

圖11 改進型二階無源低通濾波器

4 結(jié)束語

隨著國際標(biāo)準(zhǔn)的強制執(zhí)行，再加上科研過程中不斷出現(xiàn)新的電磁干擾問題，使得變頻器的電磁兼容問題成為亟待解決的問題。本文從分析pwm變頻器傳導(dǎo)干擾機理入手，總結(jié)了目前傳導(dǎo)干擾的抑制措施，具有參考意義?？偟膩碚f，變頻器的電磁兼容設(shè)計還處于初期階段，還需要我們付出長期不懈的努力。相信在未來變頻器的電磁兼容設(shè)計將會有更好的發(fā)展。