變頻器的電磁兼容與電磁干擾抑制

　1 引言
　　隨著變頻器的小型化、多功能化和高性能化，尤其是控制手段的全數(shù)字化，變頻器的靈活性和適應(yīng)性在不斷增強(qiáng)。因此CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，在現(xiàn)代工業(yè)中，變頻器的使用越來越廣泛。目前幾乎所有變頻器都采用pwm（pulse width modulation，pwm脈寬調(diào)制技術(shù)）控制技術(shù)。
　　采用pwm變頻驅(qū)動的電機(jī)系統(tǒng)通過功率變換器對電能進(jìn)行變換和控制，電機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)得到較大提高。但是由于變頻器中的功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，器件的高速開關(guān)動作使得電壓和電流在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生跳變，這使得電壓、電流均含有豐富的高次諧波，這些諧波的電磁噪聲能量會通過電路連接或電磁波空間耦合形成電磁干擾(electromagnetic interference emi)，對電機(jī)系統(tǒng)自身和周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的影響[1-4]。在產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾中，噪聲信號頻率從幾khz到數(shù)十mhz，干擾強(qiáng)度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值。
　　于是對變頻器等現(xiàn)代電子、電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者就面臨著一個“如何確保電子、電氣系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中既能達(dá)到設(shè)計(jì)目的，同時(shí)又不干擾周邊其它電氣系統(tǒng)正常工作”的新問題，即電子、電氣系統(tǒng)的電磁兼容(electrom
agnetic compatibility，emc)問題。
　　目前，國際社會對電磁兼容問題非常重視，相繼成立多個組織來制定電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，如國際無線電特別委員會的cispr標(biāo)準(zhǔn)，iec系列標(biāo)準(zhǔn)，歐盟的en系列標(biāo)準(zhǔn)等。在國內(nèi)，全國無線電干擾委員會、中國電源學(xué)會電磁兼容委員會、ieee北京分部電磁兼容分會等許多組織也在從事有關(guān)emc方面的工作。我國的國家emc標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)制定并開始實(shí)施，如國標(biāo)(gb)、軍標(biāo)(gjb)，所有這些都促進(jìn)了我國電磁兼容的研究和發(fā)展。pwm變頻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干擾也越來越受到人們的重視。為了達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，正確的設(shè)計(jì)、合理的運(yùn)用抑制手段，使系統(tǒng)emi發(fā)射強(qiáng)度減小到emc標(biāo)準(zhǔn)限值以下，使電氣設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電磁兼容。
　　2 pwm變頻器的傳導(dǎo)干擾機(jī)理
　　所謂傳導(dǎo)耦合是指電磁噪聲的能量在電路中以電壓或電流的形式

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，通過金屬導(dǎo)線或其他元器件（如電容、電感和變壓器等）耦合至被騷擾設(shè)備（電路）。傳導(dǎo)耦合又可以分為直接傳導(dǎo)耦合和公共阻抗傳導(dǎo)耦合。直接傳導(dǎo)耦合是指噪聲直接通過導(dǎo)線、金屬體、電阻、電容、電感和變壓器等實(shí)際元器件耦合到被騷擾設(shè)備（電路）。公共阻抗傳導(dǎo)耦合是指噪聲通過印制板電路和機(jī)殼接地線、設(shè)備的公共安全接地線以及接地網(wǎng)絡(luò)中的共地阻抗產(chǎn)生公共的地阻抗耦合；噪聲通過交流供電電源及直流供電電源的公共電源阻抗時(shí)，產(chǎn)生公共電源阻抗耦合。
　　功率開關(guān)器件的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)引起系統(tǒng)中各組件間復(fù)雜的相互耦合作用就會形成傳導(dǎo)干擾。傳導(dǎo)干擾考慮的最高頻率為30mhz，在真空中相應(yīng)的電磁波波長λ為10m，因而對于尺寸小于λ/2π的電力電子裝置來講，屬于近場范圍，可用集總參數(shù)電路進(jìn)行電磁干擾分析。為便于分析
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，可以根據(jù)傳導(dǎo)干擾傳播耦合通道的不同將系統(tǒng)輸入/輸出導(dǎo)線上的騷擾區(qū)分為共模干擾和差模干擾兩部分，一般認(rèn)為共模干擾主要是由于系統(tǒng)變流器中的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件開關(guān)動作引起的dv/dt經(jīng)系統(tǒng)對地雜散電容耦合而傳播，一個極的電壓變化都會通過容性耦合到另一個極產(chǎn)生位移電流。通過寄生電容產(chǎn)生的電流并不需要直接的電氣連接，甚至可以沒有地[5]。其大小可以表示為：
　　i=cdu/dt
　　式中c為電池干擾源和敏感設(shè)備之間的等效耦合電容。
　　差模干擾則主要是由于功率半導(dǎo)體開關(guān)器件開關(guān)引起的di/dt經(jīng)輸入輸出線間的導(dǎo)體傳播。當(dāng)然，這些只是傳導(dǎo)干擾產(chǎn)生的最本質(zhì)原因，而不同的電機(jī)系統(tǒng)其傳導(dǎo)干擾的具體成因不同，另外，共模干擾和差干騷擾是可以相互轉(zhuǎn)化的