三电平变频器电磁干扰抑制研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ybws2006
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以IGBT作为功率开关器件的三电平变频器,因为其工作时开关损耗较小、效率高、输出谐波含量少等优点而被广泛应用于大功率变频调速系统。但随着设备功率越做越大,开关频率越来越高,由其引发的电磁干扰(Electromagnetic interference,EMI)问题愈加突出,这不仅影响着其自身的安全稳定运行还会影响其周围设备的正常工作,因此迫切需要对其进行研究并加以抑制。本文依托大功率变频调速系统,以三电平变频器为研究对象,对其电磁干扰抑制技术进行研究。论文首先对IGBT及其栅极驱动电路寄生参数加以分析,基于Simplorer建立了IGBT动态模型并验证其有效性。针对驱动电路对器件开关特性的作用机理,详细分析了IGBT的开关过程,并通过仿真分析了不同栅极电阻和栅-射极外接电容对IGBT动态特性的影响规律,为驱动电路参数的电磁兼容性优化设计提供支持。对由于驱动电压过冲引起的栅极驱动电路EMI进行分析并提出抑制方案,仿真和实验验证了该抑制方法的有效性。其次,论文从物理模型角度对系统传导干扰源进行分析并给出干扰传播路径,介绍了变频器传导干扰的限值标准及测试结果。针对结果中干扰超标现象,从传播路径着手在产品设计阶段提出一种基于增大功率器件对地共模阻抗与阻断(改变)干扰流通路径兼备的系统传导共模EMI抑制方法。先后通过MATLAB和CST软件对采用该抑制方法前/后的系统干扰特性变化和散热器表面场强变化进行仿真,结果均表明该方法能够有效抑制系统传导共模EMI发射。然后,论文认为EMI滤波器是在产品整改阶段从干扰传播路径着手的最有效的抑制办法,阐述了EMI滤波器的相关理论并详细分析了影响其插入损耗值的因素。针对系统传导EMI部分超标的现象,设计并逐步优化了单级滤波器、两级滤波器和带有匹配网络的两级滤波器,通过Multisim仿真和实验验证了所设计EMI滤波器的有效性,使得系统的传导电磁干扰值满足国标要求。最后,论文对三电平变频器辐射干扰的干扰源进行分析并给出干扰传播方式,介绍了变频器电磁辐射干扰的限值标准及测试结果。针对系统辐射EMI超标的现象,基于电缆屏蔽技术对其进行抑制。通过CST电磁场仿真对有无屏蔽层时电缆周围电磁场分布情况进行分析,并采用场路协同仿真从屏蔽层的接地方式、具体结构、端接方式和地环路等几个方面对影响其干扰抑制效果的因素进行研究,将所得结论应用于系统整改,使得系统的电磁辐射干扰值满足国标要求。该论文有图105幅,表10个,参考文献74篇。
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