交流电机驱动系统电磁干扰产生机理与抑制技术研究

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PWM逆变器被大量应用于伺服电机控制系统功率驱动主电路中。它可以使交流电机获得很好的调速控制性能。然而因为PWM逆变器中的电力电子器件的工作特性,会造成电流脉动从而产生差模电磁干扰(EMI);同时也会产生很高的瞬态电压变化,继而通过系统内部对地寄生电容的耦合作用,形成泄露共模电流,该共模电流通过共地回路耦合,继而被传输到电源线上,从而使电源线产生共模传导电磁干扰。本文正是通过工程实践中遇到的此类问题而提出的,主要研究了某电机驱动系统传导干扰产生机理、频谱特征、建模预测以及抑制技术。  差模、共模EMI的产生均与功率开关管的开关动作息息相关。因此本文首先从原理上分析了PWM逆变器各工作状态下系统内部电流的流通路径。通过理论分析与仿真验证得到了逆变器输入、输出时频域特性。经过对仿真数据的剖析,进一步得到了逆变器输入、输出侧信号频谱特征的分布规律并给出了具体的数学表达式。最后建立了系统差模电磁干扰(EMI)模型,通过仿真指出了直流侧并联电容对差模EMI起到了很好的抑制效果。  共模EMI的形成与对地电容性耦合传输路径的阻抗特性紧密相关。本文对两种主要的共模耦合通道进行了分析,并对电机绕组对地的阻抗特性进行了实测以及参数提取。然后基于LISN的传导EMI测试方法,建立了系统级传导EMI虚拟测试平台。通过仿真得到了电源线传导EMI的时域波形,并应用MATLAB进行数据分析得到了电源线共模和差模EMI的频域特性。最后通过与实际电源线CE102测试结果相比较,指出了产生干扰的原因为共模EMI。  针对传导干扰频谱带宽较宽,在分析了锰锌和镍锌两种材料磁导率频率特性的基础上,最终采用了MnZn与NiZn共模扼流圈级联的CL型EMI电源滤波器。通过阻抗测量的方法得到了器件的阻抗频率特性,建立了集总参数等效电路模型,并对其电路参数进行提取。然后通过ADS软件仿真,采用两种方法得到了滤波器共模、差模插入损耗,两种方法结果一致,验证了仿真结果的正确性。最后经过测试得到了滤波器实际工作下对EMI的抑制效果,仿真结果与实测吻合较好,再一次验证了所设计滤波器的有效性以及仿真模型的准确性。
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