变频器的电磁兼容与电磁干扰抑制

　1 引言
　　随着变频器的小型化、多功能化和高性能化，尤其是控制手段的全数字化，变频器的灵活性和适应性在不断增强。因此CONTROL ENGINEERING China版权所有，在现代工业中，变频器的使用越来越广泛。目前几乎所有变频器都采用pwm（pulse width modulation，pwm脉宽调制技术）控制技术。
　　采用pwm变频驱动的电机系统通过功率变换器对电能进行变换和控制，电机系统的性能指标得到较大提高。但是由于变频器中的功率开关器件工作在开关状态，器件的高速开关动作使得电压和电流在短时间内发生跳变，这使得电压、电流均含有丰富的高次谐波，这些谐波的电磁噪声能量会通过电路连接或电磁波空间耦合形成电磁干扰(electromagnetic interference emi)，对电机系统自身和周围环境产生较大的影响[1-4]。在产生的传导干扰中，噪声信号频率从几khz到数十mhz，干扰强度可能远远超出电磁兼容标准规定的极限值。
　　于是对变频器等现代电子、电气系统的设计者就面临着一个“如何确保电子、电气系统在所处的电磁环境中既能达到设计目的，同时又不干扰周边其它电气系统正常工作”的新问题，即电子、电气系统的电磁兼容(electrom
agnetic compatibility，emc)问题。
　　目前，国际社会对电磁兼容问题非常重视，相继成立多个组织来制定电磁兼容标准，如国际无线电特别委员会的cispr标准，iec系列标准，欧盟的en系列标准等。在国内，全国无线电干扰委员会、中国电源学会电磁兼容委员会、ieee北京分部电磁兼容分会等许多组织也在从事有关emc方面的工作。我国的国家emc标准也已经制定并开始实施，如国标(gb)、军标(gjb)，所有这些都促进了我国电磁兼容的研究和发展。pwm变频电机驱动系统所产生的电磁干扰也越来越受到人们的重视。为了达到电磁兼容标准的要求，正确的设计、合理的运用抑制手段，使系统emi发射强度减小到emc标准限值以下，使电气设备和系统实现电磁兼容。
　　2 pwm变频器的传导干扰机理
　　所谓传导耦合是指电磁噪声的能量在电路中以电压或电流的形式

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，通过金属导线或其他元器件（如电容、电感和变压器等）耦合至被骚扰设备（电路）。传导耦合又可以分为直接传导耦合和公共阻抗传导耦合。直接传导耦合是指噪声直接通过导线、金属体、电阻、电容、电感和变压器等实际元器件耦合到被骚扰设备（电路）。公共阻抗传导耦合是指噪声通过印制板电路和机壳接地线、设备的公共安全接地线以及接地网络中的共地阻抗产生公共的地阻抗耦合；噪声通过交流供电电源及直流供电电源的公共电源阻抗时，产生公共电源阻抗耦合。
　　功率开关器件的开关运行状态引起系统中各组件间复杂的相互耦合作用就会形成传导干扰。传导干扰考虑的最高频率为30mhz，在真空中相应的电磁波波长λ为10m，因而对于尺寸小于λ/2π的电力电子装置来讲，属于近场范围，可用集总参数电路进行电磁干扰分析。为便于分析
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，可以根据传导干扰传播耦合通道的不同将系统输入/输出导线上的骚扰区分为共模干扰和差模干扰两部分，一般认为共模干扰主要是由于系统变流器中的功率半导体开关器件开关动作引起的dv/dt经系统对地杂散电容耦合而传播，一个极的电压变化都会通过容性耦合到另一个极产生位移电流。通过寄生电容产生的电流并不需要直接的电气连接，甚至可以没有地[5]。其大小可以表示为：
　　i=cdu/dt
　　式中c为电池干扰源和敏感设备之间的等效耦合电容。
　　差模干扰则主要是由于功率半导体开关器件开关引起的di/dt经输入输出线间的导体传播。当然，这些只是传导干扰产生的最本质原因，而不同的电机系统其传导干扰的具体成因不同，另外，共模干扰和差干骚扰是可以相互转化的