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PWM變頻驅(qū)動系統(tǒng)差模干擾分布研究

作者: 時間:2012-05-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:變頻器在提高性能的同時,其產(chǎn)生的強烈干擾也來帶了諸多問題。目前較為常用的干擾抑制措施是加裝電磁干擾(EMI)濾波器。而要較好地設(shè)計EMI濾波器,就必須先準確掌握的干擾分布規(guī)律。為此,利用傳導(dǎo)干擾分離網(wǎng)絡(luò)對干擾分布進行研究,分析其干擾分布規(guī)律、主要影響因素以及抑制方式,為EMI濾波器設(shè)計提供較準確的理論指導(dǎo)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/186389.htm

關(guān)鍵詞:變頻器;干擾;分布規(guī)律;分離網(wǎng)絡(luò)

1 引言

系統(tǒng)通過功率變換器對電能進行變化和控制,使得系統(tǒng)的性能指標得到了較大提高,例如能得到較好的輸出電壓和電流波形,同時還能提高功率因數(shù)和調(diào)速性能。但其產(chǎn)生的EMI也十分嚴重,如電機鐵心中形成的渦流效應(yīng)引起熱損耗,可能引起趨膚效應(yīng),產(chǎn)生更大的熱量,從而使電機的絕緣性能過早損耗;產(chǎn)生的高頻共模電壓會在電機轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出較高的軸電壓并形成軸電流,使電機的軸承在短期內(nèi)損壞,縮短電機使用壽命;同時強烈的EMI也會使得變頻器自身的控制系統(tǒng)可靠性降低,故障增加。為解決這些問題,國內(nèi)外很多學(xué)者進行了分析研究。這里采用傳導(dǎo)干擾分離網(wǎng)絡(luò),對系統(tǒng)的差模干擾影響因素和分布情況進行了研究,最后根據(jù)差模干擾基本模型,對差模干擾抑制方法進行了初步研究。

2 研究對象

研究對象如圖1所示,三相電網(wǎng)通過LSN給變頻器供電,變頻器后接三相異步電動機。變頻器前端為不控整流橋,整流輸出接有儲能電容,其后是PWM三相逆變橋。G1,G,G2分別為LISN、變頻器和電機的接地點,N為變頻器機殼。整個驅(qū)動系統(tǒng)包括兩個電能變換環(huán)節(jié):AC/DC三相不控整流橋和DC/AC三相PWM逆變橋。因此,系統(tǒng)同時存在兩個干擾源,即整流橋干擾源和逆變橋干擾源。

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3 實驗測試

由文獻可知,影響差模干擾分布的因素有調(diào)制比M、輸出電壓和負載電流等參數(shù)。為研究影響系統(tǒng)差模干擾分布的主要因素,首先設(shè)計了不同負載工況下的實驗,其中空載狀態(tài)為接在電動機后的發(fā)電機無額定勵磁電流,帶載狀態(tài)為發(fā)電機有額定勵磁電流。由實驗可知,網(wǎng)側(cè)差模干擾在頻段10~100 kHz,1~10 MHz時是以-20 dB/dec減小的,在100 kHz~1 MHz之間未出現(xiàn)此斜率是由于250 kHz處更換測試帶寬所引起的。從整體來看,網(wǎng)側(cè)差模干擾在整個測試頻段上均以-20 dB/dec斜率下降,也與前文理論分析吻合。

由實驗結(jié)果可得:盡管帶載比空載時差模干擾略微大,但從整個測試頻段來看,變頻器輸出電流和電壓以及電動機工作狀態(tài)的改變,對差模干擾的影響不大,并非主要因素,所以差模實驗結(jié)論可推廣至其他工況。

為了解系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)的差模干擾主導(dǎo)源,在工況為輸入電壓380 V,變頻器輸出電壓100%,變頻器輸出電流12.8 A,電動機工作狀態(tài)為空載,以及測試位置為電網(wǎng)側(cè)和整流橋單獨工作的條件下,對電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)的差模干擾進行了測試,分別得到如圖2所示的實驗結(jié)果。

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圖2a為電網(wǎng)側(cè)的差模干擾比較??梢?,在10~50 kHz,整流橋與變頻器產(chǎn)生的差模干擾基本一致,這可以說明此頻段內(nèi)整流橋差模干擾占主導(dǎo)地位。由文獻分析可知,逆變橋差模干擾源要比整流橋差模干擾源大,說明中間直流電容對差模干擾有隔離抑制作用。在50~100 kHz,兩者之間的差值開始逐漸增大到6 dB左右,此時可認為是整流橋和逆變橋共同作用的結(jié)果。隨著頻率的上升,在100 kHz~10 MHz,兩者之間的差值繼續(xù)增大,最大達到了40 dB,此時可認為逆變橋的差模干擾占主導(dǎo)地位。通過圖2a的對比,可得系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)差模干擾分布結(jié)論:低頻段由整流橋主導(dǎo),中間頻段由整流橋和逆變橋共同主導(dǎo),高頻由逆變橋主導(dǎo)。

圖2b是負載側(cè)的差模干擾比較,可十分明顯地看出在整個測試頻段上,變頻器產(chǎn)生的差模干擾遠大于整流橋的,兩者差值在50 dB以上,所以系統(tǒng)負載側(cè)的差模干擾主要由逆變橋產(chǎn)生。為驗證中間直流電容對差模干擾的隔離抑制作用,在上述工況條件下,測試了整流橋單獨工作時電網(wǎng)側(cè)與負載側(cè)的差模干擾,實驗結(jié)果如圖3所示。

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圖中直觀地展示了整流橋差模干擾分布情況,其差模干擾主要集中在電網(wǎng)側(cè);相比而言,負載側(cè)的干擾要小得多。這說明了直流電容對差模干擾的隔離抑制作用。

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