探究变频器的电磁兼容与电磁干扰抑制问题

(3)优化驱动电路

由于pwm电机驱动系统产生传导emi的主要原因是功率半导体器件高频开关动作所引起的dv/dt和di/dt过大，并且它们的大小还直接影响着系统emi的发射强度，而且对于常用的开关器件，其开关瞬间dv/dt和di/dt的大小受门极驱动脉冲波形和门极杂散电容的影响，因此，如果单纯从减小系统emi发射强度的角度考虑，通过选择适当的电路拓扑结构和控制策略是可以减小dv/dt和di/dt，实现降低系统emi发射强度。vinod john等学者根据igbt的结构特点、开关特性及其所具有的弥勒效应提出了一种三级驱动的思想，并设计出了相应的电路。它既能应用于分立器件，也能应用于igbt模块，而且还适用于软开关和硬开关技术;另外一种减小dv/dt和di/dt的方法就是增加缓冲吸收电路。该方法在一定程度上减小了dv/dt和di/dt，对系统emi具有改善作用，但事实上它只是消除了器件开关时的振荡现象，效果不是很明显。

3.2 基于切断传导传播途径的emi抑制方法

尽管单纯从emc角度出发，降低干扰源对外发射电磁干扰强度是能够减小系统emi，但会受到开关损耗增大、抑制幅度有限、控制策略繁杂及电压利用率降低等不利因素的限制。为此各国学者相继提出了一些用于阻断emi传播途径的emi滤波器结构，并且实验表明经过正确设计的滤波器，能够使系统emi发射强度减小到emc标准限值以下，这是电气设备和系统实现电磁兼容的重要手段。同谐波滤波器一样，emi滤波器也可以被划分为无源emi滤波器和有源emi滤波器两种。

(1)有源emi滤波器

有源滤波器是通过有源电路来消除emi噪声能量。有源滤波器的具体工作原理是通过检测环节检测到emi电流或电压，然后将其反向回馈给系统，以此来抵消系统所产生的emi电流或电压，达到消除emi的目的。

目前比较典型的用于消除共模电流的有源滤波器如图7所示。它由小型共模电流变压器和一对互补的高频晶体管组成，逆变器开关动作时，高频漏电流通过电机绕组和机座间的寄生电容经地线回到电源侧，共模电流变压器将共模电流isl 检测出来，经互补晶体管放大产生补偿电流il′，如果变压器变比与晶体管放大倍数乘积足够大，就可消除漏电流il，完全抑制了流入到电源侧的共模电流isl。

图7 用于消除共模电流的有源滤波器

传统的用于消除共模电压的有源滤波器如图8所示，文献将其称为有源共模噪声消除器，acc连接在逆变器的输出端和三根电缆之间，由共模电压传感器、补偿电路和共模变压器组成，acc在逆变器输出端叠加一个补偿电压，该补偿电压与pwm逆变器产生的共模电压极性相反、幅值相等，从而使施加在负载上的共模电压被完全消除，也就减小了共模电流和传导emi。

图8 用于消除共模电压的有源滤波器

(2)无源emi滤波

无源emi滤波通常是由电阻、电感、电容等元器件组成，目前最为常见的是电源emi滤波器，其结构见图9所示。由于它只能抑制emi噪声，而对pwm电机驱动系统的其它负面效应无抑制作用，为此各国学者又相继提出了一些兼顾其它功能的无源emi滤波器。如a.v.jouanne等学者所提出的共模变压器方案，结构如图10所示。该方案是从消除电动机侧共模emi电流的角度进行设计的，它是在共模扼流圈的基础上，再在同一磁芯上缠绕一个终端连接阻尼电阻的第四绕组，以此抑制共模emi电流的振荡，达到消除电机端共模电压带来的其它负面效应。

图9 典型三相emi电源滤波器

图10 共模变压器方案

d.a.rendusara等学者提出了改进型二阶rlc低通功率变换器输出滤波器，结构见图11所示。它与原型滤波器相比，其重要区别就是通过导线把以星型形式连接的阻容电路中性点“n`”与变换器直流母线钳位中点“m”接在一起。该滤波器的优点是可以同时减小电机侧的传导差模emi电流和传导共模emi电流，并且如果参数设计合理，还可以使rf、lf和cf的值很小，而将其安装在功率变换器机壳内。它可以使电机端的过电压、对地共模emi电流以及轴电压显着减小，并且该滤波器的尺寸、损耗以及成本都较低。

图11 改进型二阶无源低通滤波器

4 结束语

随着国际标准的强制执行，再加上科研过程中不断出现新的电磁干扰问题，使得变频器的电磁兼容问题成为亟待解决的问题。本文从分析pwm变频器传导干扰机理入手，总结了目前传导干扰的抑制措施，具有参考意义。总的来说，变频器的电磁兼容设计还处于初期阶段，还需要我们付出长期不懈的努力。相信在未来变频器的电磁兼容设计将会有更好的发展。