變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的EMC 及其對策

1 概述

交流變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、傳動(dòng)效率高、運(yùn)行節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，從而獲得迅速推廣應(yīng)用。但由于變頻器中使用了IGBT 等高速開關(guān)器件，其EMC問題已成為必須考慮和研究的重要課題。EMC(電磁兼容)，是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何器件構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

EMC 包括兩方面的內(nèi)容：電磁干擾(EMI)和電磁抗擾。EMI 按傳播途徑可分為兩類：傳導(dǎo)干擾與輻射干擾。傳導(dǎo)干擾即沿著導(dǎo)體傳播的干擾，所以任何導(dǎo)體(如導(dǎo)線傳輸、電感器、電容器等)都是傳導(dǎo)干擾的傳輸通道。輻射干擾是指以電磁波形式傳播的干擾，其傳播的能量與距離的平方成反比。形成EMI 必須同時(shí)具備三個(gè)條件或稱三要素：干擾源、傳輸通道、敏感接收器，三者缺一不可。解決EMC 問題一般要從這三方面著手。對用戶而言，由于設(shè)備作為一電磁干擾源或接收器，不可更改，故解決EMC 問題主要是針對傳輸通道。

2 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的EMC 的特點(diǎn)

在一個(gè)配電工作系統(tǒng)中，變頻器和其他電氣(電子)設(shè)備一樣，既是電磁干擾源，又是電磁接收器，變頻器的工作原理決定了它會產(chǎn)生一定的EMI噪聲。同時(shí)，為了保證變頻器能在一定的電磁環(huán)境中可靠工作，設(shè)計(jì)變頻器時(shí)必須使其具有一定的抗EMI 能力。變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)其EMC 特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面。

1)輸入電流一般為非正弦波，電流中含有豐富的高次諧波，此諧波會對外形成EMI，降低電網(wǎng)的功率因數(shù)，增加線路損耗。

2)輸出電壓為高頻PWM波，它會影響電機(jī)溫升，縮短電機(jī)使用壽命，以及加大漏電流，使線路的漏電保護(hù)裝置誤動(dòng)作。同時(shí)，對外形成很強(qiáng)的電磁干擾，影響同一系統(tǒng)中其他用電設(shè)備的可靠性。

3)作為電磁接收器，過強(qiáng)的外來干擾會使變頻器誤動(dòng)作甚至損壞，影響用戶正常使用。

4)在系統(tǒng)配線中，變頻器的對外干擾和自身的抗干擾性相輔相成，故減少變頻器對外干擾的過程，同時(shí)也是提高變頻器抗干擾性的過程。

3 系統(tǒng)的基本配置及電路模型

在變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，為達(dá)到動(dòng)態(tài)響應(yīng)的高性能，需要有高的開關(guān)頻率。整流器使用的電子器件通常為高速開關(guān)的大功率IGBT(絕緣柵雙極晶體管)，其切換操作產(chǎn)生的電磁干擾，對外圍設(shè)備及變頻器的控制電路均產(chǎn)生不利影響：可導(dǎo)致周圍裝置的CPU、測試儀器、傳感器、漏電保護(hù)開關(guān)等發(fā)生誤動(dòng)作。同時(shí)，變換器低頻運(yùn)行時(shí)受高次諧波的影響引發(fā)電磁噪聲、振動(dòng)和損耗。交流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)的基本配置如圖1 所示，

變頻器可分為整流器和變換器兩部分。圖2 是作為變頻器輸入部分的三相橋式整流器的模擬電路，圖3 是電動(dòng)機(jī)簡單的三相高頻模型。圖4 則為變頻器標(biāo)準(zhǔn)接線圖之一例(CHF 系列);表1 為其主電路端子的說明。

4 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對設(shè)備和器件的不利影響

4.1 干擾產(chǎn)生的機(jī)理

變頻器內(nèi)存在的IGBT等的高速開關(guān)切換，使電路中存在分布電感和分布電容。在電感和電容之間即產(chǎn)生磁能和靜電能的轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，因而形成了電磁發(fā)射。這就是之所以產(chǎn)生數(shù)十kHz至1GHz電磁噪音的機(jī)理。噪聲電流I可表示為

4.2 高次諧波電流和高頻電流的主要危害

變頻電機(jī)在低頻時(shí)因頻率的降低磁通增大，磁勢隨磁通的增大而增強(qiáng)，這樣高次諧波磁勢同時(shí)增強(qiáng)，并使電機(jī)產(chǎn)生較大損耗、振動(dòng)、噪聲等不良影響。

高次諧波電流可導(dǎo)致：

1)電力電容器發(fā)熱;

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