變頻器電磁兼容與干擾抑制探討

　　由于電磁干擾產(chǎn)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(shè)備，所以對于抑制pwm變頻驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的傳導(dǎo)干擾也必須從三要素入手，即降低干擾源的強(qiáng)度、切斷傳播途徑和提高敏感設(shè)備的抗擾度。

　　3.1 基于減小干擾源發(fā)射強(qiáng)度的emi抑制技術(shù)

　　從降低干擾源的強(qiáng)度來看，歸納起來有三種具有代表性的方法：改變電路拓?fù)洹⒏倪M(jìn)控制策略和優(yōu)化驅(qū)動電路。

　　(1)改變電路拓?fù)?/p>

　　改進(jìn)電路拓?fù)涞乃悸分饕峭ㄟ^對稱結(jié)構(gòu)來消除變換器輸出的共模電壓，并且由于開關(guān)器件上電壓變化率減半而使得裝置輸入側(cè)傳導(dǎo)干擾發(fā)射水平降低。以a.l.julian為首的學(xué)者根據(jù)“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(shí)驗(yàn)電路見圖3所示。該方法基本思想是采用一個(gè)外加“輔助相”使三相系統(tǒng)電路的對地電位對稱，并通過調(diào)整開關(guān)順序，使四橋臂輸出相電壓之和盡可能為零，實(shí)現(xiàn)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(xué)者提出了一種通過添加輔助零狀態(tài)開關(guān)，以消除因零開關(guān)狀態(tài)而產(chǎn)生共模電壓的方案，電路結(jié)構(gòu)見圖4所示。這種輔助零狀態(tài)合成器方法在經(jīng)濟(jì)方面很有吸引力，并且還可以使消除感應(yīng)電機(jī)側(cè)共模電壓。

　　圖4 輔助零狀態(tài)合成器結(jié)構(gòu)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(diào)制策略都會使系統(tǒng)電壓利用率下降。為此，haoran zhang等學(xué)者提出了一種用于消除電機(jī)共模電壓和軸電流的雙橋功率變換器，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖5所示。它是通過控制雙橋功率變換器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的三相雙繞組感應(yīng)電動機(jī)平衡激勵(lì)，并通過平衡激勵(lì)(磁系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)抵消共模電壓，達(dá)到消除軸電壓、軸電流及充分減小漏電流、emi發(fā)射強(qiáng)度的目的。

　　圖5 雙功率變換器驅(qū)動電路

　　為了消除pwm電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)共模電流，a.consoli等學(xué)者基于共模電壓補(bǔ)償技術(shù)，提出了一種應(yīng)用于由兩個(gè)或多個(gè)功率變換器組成的多驅(qū)動系統(tǒng)公共直流母線共模電流消除技術(shù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖6所示。該方法是在兩個(gè)功率變換器做適當(dāng)連接的基礎(chǔ)上，通過控制兩個(gè)變換器狀態(tài)序列而使共模電壓同步變化的新pwm調(diào)制策略。

　　圖6 公共直流母線多電動機(jī)驅(qū)動共模電壓抑制系統(tǒng)

　　(2)改進(jìn)控制策略

　　由于兩電平pwm調(diào)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(xué)者基于改進(jìn)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(diào)制策略。韓國學(xué)者h(yuǎn)yeoun-dong lee對全控型三相整流/逆變器的空間矢量調(diào)制方式進(jìn)行了改動，它是依據(jù)非零矢量位置的移動會減小系統(tǒng)輸出共模電壓脈沖數(shù)量和作用時(shí)間這一原理，實(shí)現(xiàn)共模電壓的減小。另外該學(xué)者還提出了通過檢測整流器濾波電容鉗位中點(diǎn)電位的過零點(diǎn)極性，并選用兩個(gè)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(xué)者提出了以隨機(jī)開關(guān)頻率調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)電磁干擾能量在頻域范圍內(nèi)分布平均化的抑制技術(shù)。

　　(3)優(yōu)化驅(qū)動電路

　　由于pwm電機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)emi發(fā)射強(qiáng)度。vinod john等學(xué)者根據(jù)igbt的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、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(jì)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(shí)上它只是消除了器件開關(guān)時(shí)的振蕩現(xiàn)象，效果不是很明顯。