變頻器電磁兼容與干擾抑制探討

　　由于電磁干擾產生必須具備三要素：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變頻驅動電機系統(tǒng)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

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

　　(1)改變電路拓撲

　　改進電路拓撲的思路主要是通過對稱結構來消除變換器輸出的共模電壓，并且由于開關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]，其實驗電路見圖3所示。該方法基本思想是采用一個外加“輔助相”使三相系統(tǒng)電路的對地電位對稱，并通過調整開關順序，使四橋臂輸出相電壓之和盡可能為零，實現共模電壓完全為零。與傳統(tǒng)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等學者提出了一種通過添加輔助零狀態(tài)開關，以消除因零開關狀態(tài)而產生共模電壓的方案，電路結構見圖4所示。這種輔助零狀態(tài)合成器方法在經濟方面很有吸引力，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(tǒng)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(tǒng)的共模電壓，但它們所采用的調制策略都會使系統(tǒng)電壓利用率下降。為此，haoran zhang等學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，拓撲結構見圖5所示。它是通過控制雙橋功率變換器產生標準的三相雙繞組感應電動機平衡激勵，并通過平衡激勵(磁系統(tǒng))實現抵消共模電壓，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 雙功率變換器驅動電路

　　為了消除pwm電機驅動系統(tǒng)共模電流，a.consoli等學者基于共模電壓補償技術，提出了一種應用于由兩個或多個功率變換器組成的多驅動系統(tǒng)公共直流母線共模電流消除技術，拓撲結構見圖6所示。該方法是在兩個功率變換器做適當連接的基礎上，通過控制兩個變換器狀態(tài)序列而使共模電壓同步變化的新pwm調制策略。

　　圖6 公共直流母線多電動機驅動共模電壓抑制系統(tǒng)

　　(2)改進控制策略

　　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，為此一些學者基于改進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行了改動，它是依據非零矢量位置的移動會減小系統(tǒng)輸出共模電壓脈沖數量和作用時間這一原理，實現共模電壓的減小。另外該學者還提出了通過檢測整流器濾波電容鉗位中點電位的過零點極性，并選用兩個不同零矢量的方法。該方法可以將功率變換器輸出的共模電壓降低到傳統(tǒng)svpwm方式的三分之二;再有m.zigliotto等學者提出了以隨機開關頻率調制方式實現電磁干擾能量在頻域范圍內分布平均化的抑制技術。

　　(3)優(yōu)化驅動電路

　　由于pwm電機驅動系統(tǒng)產生傳導emi的主要原因是功率半導體器件高頻開關動作所引起的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器件，其開關瞬間dv/dt和di/dt的大小受門極驅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，通過選擇適當的電路拓撲結構和控制策略是可以減小dv/dt和di/dt，實現降低系統(tǒng)emi發(fā)射強度。vinod john等學者根據igbt的結構特點、開關特性及其所具有的彌勒效應提出了一種三級驅動的思想，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，而且還適用于軟開關和硬開關技術;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時的振蕩現象，效果不是很明顯。