變流器控制電路的電磁兼容性設計

1．電磁干擾源
    電動機及其控制系統(tǒng)是電力傳動的關鍵技術之一，而電力電子器件則是其核心。由于拖動系統(tǒng)運行環(huán)境的復雜性，電力電子器件處在大量的干擾之中。因此，為使電力電子器件穩(wěn)定工作，其電磁兼容性設計就顯得十分重要。對由電力電子器件構成的變流器進行電磁兼容性設計之前，必須分析預期的電磁環(huán)境，并從電磁干擾源、耦合途徑和敏感設備人手，找出其所處系統(tǒng)中存在的電磁干擾，然后有針對性地采取措施，就可以消除或抑制電磁干擾。變流器所處電磁環(huán)境中存在的電磁干擾源主要有：文章來源：http://m.wllre.cn/bl/251.html
  1）高頻開關器件快速通斷形成大脈沖電流而引起的電磁干擾。
  2）供電電源的負載突變造成的干擾。
  3）系統(tǒng)內部及其周圍的強電元件造成的強電干擾。
  5）電動機電樞傳輸線與其他傳輸線間的電容性耦合和電感性耦合引起的干擾。
  6）由連續(xù)波干擾源等造成的空間輻射干擾。
變流器中各個電子部件、功率器件都可能成為被干擾的敏感受擾設備。當干擾信號電平低系統(tǒng)門坎電平時，不會對系統(tǒng)造成危害；但若高于低限門坎電平，就可能導致電子器件的誤觸發(fā)，對系統(tǒng)產生干擾。干擾信號可以通過多種途徑從干擾源耦合到敏感受擾設備上，主要有以下4種方式：傳導耦合、公共阻抗耦合、感應耦合和輻射耦合。
在電氣拖動系統(tǒng)中，功率模塊在開關過程中出現高壓切換難以避免，同時電動機定子電壓呈脈沖狀態(tài)，du/dt的值很高，電動機定子電流的du/dt值在開關切換時也很大，因此，通過感應耦合和輻射耦合傳輸的干擾最為嚴重。
2．變流器控制電路的電磁兼容性設計
變流器的控制電路由主電路板、控制板和驅動板組成。控制板的主要作用是接受上位機的給定指令，經高速數字運算產生功率模塊的驅動控制信號，并對來自驅動板的反饋信號進行處理。驅動板的主要作用是接受來自控制板的功率模塊驅動控制信號，經功率驅動電路控制功率模塊的導通或關斷，同時將輸入電壓、輸入電流、三相輸出電流和溫度等反饋信號經放大及濾波等環(huán)節(jié)后送給控制板進行處理。
    (1)控制電源的抗干擾設計
    控制電源的穩(wěn)定性對控制電路的穩(wěn)定工作至關重要。變流器的控制電路共有3種電源：模擬信號電源、數字信號電源和運算放大器電源�？刂齐娫吹碾姶偶嫒菪栽O計主要采取了以下幾種措施。
1）可能地縮短輸入輸出連線，并相互絞合，以減小“天線”效應。
2）盡可能地縮短電源輸出端與負載間的距離，并增大連接導線的截面積，以減小連接電阻對負載調整率的影響。
3）在控制電源進線端接電源濾波器，此濾波器采用了雙L型濾波，可有效減小由電源
進線引入的傳導干擾。
    4）在電源輸入端安裝維持電容，其作用是在控制電路出現短路故障或由于其他因素導致輸入電壓瞬間跌落的意外時，在一定時間內給電路提供維持電壓。另外，還可吸收控制電路輸入端的電壓尖峰。
    5）由于電源及其輸出配電線都會有一定的輸出電阻和輸出電感存在，因此，在模擬電路和高速數字電路的負載上并聯(lián)去耦電容，同時在負載上還并聯(lián)旁路電容，以獲得對中頻和高頻干擾信號的旁路作用，從而防止多個負載之間的相互干擾。
    （2）控制電路PCB線路設計
    控制電路的印制電路板( PCB)上有各種不同功能的電路，如模擬電路、數字電路、放大電路等，不同的電路相互之間存在電磁干擾。同時，印制線的電感成分產生的噪聲電壓也不容忽視。因此．PCB線路的合理設計可以有效地抑制電磁干擾，提高系統(tǒng)的可靠性�？刂齐娐稰CB的線路設計應遵循以下原則。
    1）根據電路功能要求，按功率大小，信號強弱與性質等因素進行分區(qū)布置，以削弱它們之間的相互干擾。
    2）本著減小導線的引線電感和導線問分布電容的原則，盡量減少導線的平行布線。
    3）在考慮安全的條件下，電源線應盡可能靠近地線，并遠離信號線，以減小差模輻射的環(huán)路面積，也有助于減小電路的交擾。
    4）信號線盡量靠近地線，信號線之問應垂直布線，并遠離大電流信號線及電源線。
5）模擬地、數字地、電源地等各自分開走，自成系統(tǒng)，然后呈輻射狀地匯集到一個公共接地點。
    (3)控制電路的接地設計
    接地設計有兩個基本目的：消除各支路電流流經公共地線時所產生的噪聲電壓；避免受磁場和地電位差的影響，形成地環(huán)路。為達到以上目的，在變流器控制電路的接地設計中應采取以下幾項措施。
    1）地線分流，主要是通過結構措施減少公共地阻抗造成的信號串擾，根據地線分流原則，將強電地線和弱電地線分開，數字電路地線和模擬電路地線分開，安全地、信號地和噪
聲地分開。
    2）阻隔地環(huán)流，主要是通過布局來減小交變磁場的感應、輻射所造成的干擾，采用光電隔離器件來阻隔地環(huán)流。
    3）金屬構件（如機箱、散熱器等）與大地直接相連，以防止觸電事故、外界電磁場的干擾以及靜電等。
    4）直流電源的反饋線應當絞合起來，以防止其接受并且重新輻射外來的射頻能量。
    5）靈活采用單點和多點接地。
    (4)控制電路的屏蔽設計
    根據屏蔽體對電磁渡的衰減機理，屏蔽效果主要由穿過屏蔽材料的衰減損耗決定，而穿過屏蔽材料的衰減損耗則由屏蔽材料的厚度以及材料的電導率和磁導率共同決定。在采用2mm厚的鋼板制成控制器的封閉式機箱內，驅動板和控制板與功率模塊平行放置，中間加鋁板隔離，機箱起到屏蔽體的作用。經測試，其屏蔽效能在100dB以上。機箱通過散熱器可靠接地，使得機箱屏蔽體同時具有靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用，確保變流器周圍的靜電場能量、直流磁場能量和50Hz低頻磁場能量不侵入控制電路中，同時控制電路中產生的高頻電磁場能量不擴散出去。制約整體屏蔽效能的主要因素是屏蔽體上的縫隙及孔洞等結構的不連續(xù)性。因此，在機箱的永久性接縫處采用焊接工藝密封，在機箱的非永久性接縫處加入實心導電橡膠條作為導電襯墊，從而有效保證了屏蔽的完整性。