CN107340442A - 一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***及方法 - Google Patents

一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***及方法 Download PDF

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/001—Measuring interference from external sources to, or emission from, the device under test, e.g. EMC, EMI, EMP or ESD testing

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Abstract

本发明涉及一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***及方法，该***包括依次连接的EMC滤波器、电力电子功率变换器和负载，EMC滤波器连接电网电源，***还包括电流探头、数字示波器以及与功率变换器连接的门极驱动板，功率变换器和负载外壳均连接地线；电流探头输入端连接地线，电流探头输出端连接数字示波器；对加入EMC滤波器前后两次得到的地线电流波形进行FFT分析，获得地线电流噪声频谱图，比较两次测试得到的地线电流波形图，同时比较两次分析获得的地线电流噪声频谱图，获得EMC滤波器对功率变换器共模干扰抑制效果。与现有技术相比，本发明具有工程实施简单、成本低和测试结果可反映抑制效果等优点。

Description

一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***及方法
技术领域
本发明涉及共模干扰抑制效果评估方法，尤其是涉及一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***及方法。
背景技术
近年来，随着新能源、轨道交通等产业的蓬勃发展，功率变换器的应用越来越广泛。由于电力电子器件新材料与新工艺的应用，功率变换器核心器件IGBT正朝着大容量、高频化、集成化方向发展。这种趋势在推动功率变换器性能不断优化的同时，也使得电磁兼容问题日益突出，尤以共模干扰影响更甚。过大的共模干扰会影响功率变换器周围设备的正常工作，严重时可能导致设备失灵，造成严重的安全事故，必需采取有效措施抑制干扰。目前抑制功率变换器共模干扰的主要方法是在变换器输入端安装电磁兼容(EMC)滤波器，以保证整个***正常工作。
为测量功率变换器电磁干扰(EMI)特性以及评估EMC滤波器抑制干扰的性能，现有技术通常采用LISN(电源线阻抗稳定网络)、噪声分离器、频谱接收机等专业设备在实验室或研究机构进行测试。然而EMI测试实验设备价格昂贵(价格通常大于十万元)且需要对***电路进行改接，很难满足工业现场测试的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***及方法。本发明通过现场检测功率变换器***地线电流进而对滤波器共模干扰抑制效果进行评估，具有成本低、工程实施简便等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***，该***包括依次连接的EMC滤波器、电力电子功率变换器和负载，所述的EMC滤波器连接电网电源，所述的***还包括与电力电子功率变换器连接的门极驱动板，所述的***还包括电流探头和数字示波器，所述的电流探头输入端连接地线，所述的电流探头输出端连接数字示波器。
所述的门极驱动板输出电力电子器件门极控制信号控制电力电子功率变换器中的电力电子器件，所述的负载的外壳和所述的电力电子功率变换器均分别连接地线。
所述的***还包括功率变换器控制器，所述的功率变换器控制器连接门极驱动板。
一种应用如上述任一项所述的一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***的共模干扰评估方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
S1、根据测试的功率变换器选择相应的EMC滤波器、电流探头和数字示波器；
S2、运行变换器***，测量额定工况下工作一个运行周期的地线电流波形，并将地线电流波形导入数字示波器；
S3、测量***加入EMC滤波器后工作一个运行周期的地线电流波形，并导入数字示波器；
S4、对两次得到的地线电流波形进行FFT分析，分别获得地线电流噪声频谱图；
S5、比较两次测试得到的地线电流波形图，同时比较两次分析获得的地线电流噪声频谱图，获得滤波器对功率变换器共模干扰抑制效果。
所述的门极驱动板输出电力电子器件门极控制信号控制电力电子功率变换器中的电力电子器件，所述的负载的外壳和所述的电力电子功率变换器均分别连接地线。
所述的***还包括功率变换器控制器，所述的功率变换器控制器连接门极驱动板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)工程实施简便：本发明只需在功率变换器运行过程中对地线电流进行现场测量即可，无需改接电路并搭建专门的电磁干扰测试平台，因此工程实施简便；
2)成本低：本发明无需价格高昂的电磁干扰测试仪器，只需利用高带宽电流探头以及高速数字示波器就可在现场进行测试；
3)测试结果可反映抑制效果：本发明方法通过对连接功率变换器***的地线电流进行分析以衡量***共模干扰的变化；本方法测得的干扰噪声值虽与国标规定的电磁干扰测试法测得的噪声值不相同，但仍可反映***共模干扰的基本情况并评估不同EMC滤波器对共模干扰的抑制效果。
附图说明
图1为本发明方法提出的功率变换器共模干扰现场测试***；
图2为现场共模干扰测试流程图；
图3-a地线电流时域波形图——未装设滤波器时地线电流时域波形图；
图3-b地线电流时域波形图——装设滤波器后地线电流时域波形图；
图4地线电流噪声频谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
针对现有技术的不足，本发明提出了一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***及方法。该方法利用高带宽电流探头测量功率变换器***地线电流波形，再通过适当数据处理即可得到***共模干扰的情况。该方法测得的干扰噪声值虽与国标规定的电磁干扰测试法测得的噪声值不相同，但仍可反映***共模干扰的基本情况并评估不同EMC滤波器对共模干扰的抑制效果。
该***包括依次连接的EMC滤波器、电力电子功率变换器和负载，***还包括与电力电子功率变换器连接的门极驱动板以及与门极驱动板连接的功率变换器控制器，门极驱动板输出门极控制信号控制电力电子功率变换器中的电力电子器件。电力电子功率变换器和负载外壳均连接地线。***还包括电流探头和数字示波器，电流探头输入端连接地线，所述的电流探头输出端连接数字示波器。EMC滤波器连接电网电源。
本发明方法提出的现场共模干扰测试***如图1所示。在功率变换器***额定运行条件下，利用高带宽电流探头(带宽大于10MHz)和高速示波器(采样频率大于125MHz)测量地线电流Ig波形。将数据导入上位机并做FFT分析，通过对比地线电流噪声值的变化，评估EMC滤波器对功率变换器共模干扰抑制的效果。
本发明具体实现步骤如图2所示：
(1)测试准备：根据测试的功率变换器参数选择合适的高带宽电流探头、高速数字示波器以及滤波器。
(2)运行***：运行功率变换器***工作在额定工况，现场测量至少一个运行周期的地线电流波形并将数据导入上位机。
(3)数据处理：利用FFT分析得到地线电流在传导干扰频率范围内(150k-30MHz)的噪声频谱图。
(4)共模干扰抑制效果评估：比较装设不同EMC滤波器时测得的干扰噪声频谱特性，评估它们对功率变换器共模干扰抑制效果的情况。
共模干扰特性现场测试过程：
1)选择Cybertek型号为CP8030A带宽50M电流探头，Rigol型号为DS4022采样率最高2GSa/s的数字示波器，坚力型号为DL-35EBK5额定线电压480V滤波器。
2)当功率变换器运行频率为50Hz时，运行变换器***工作在额定工况，现场测量至少一个运行周期的地线电流波形并将数据导入上位机。
3)在功率变换器与输入电源之间加入滤波器，重复步骤(2)。
4)对两次测试得到的地线电流波形在传导干扰频率范围内(150k-30MHz)进行FFT分析，并绘制地线电流噪声频谱图。其中横轴以25kHz为步长，纵轴为每段步长内地线电流噪声的最大值。
5)通过对两次测试地线电流时域波形图(图3-a和图3-b)以及地线电流噪声频谱图(图4)的比较，可以得到滤波器对功率变换器共模干扰抑制效果情况，通过对比EMC滤波器安装前后的共模干扰噪声的频率特性可发现：坚力型号为DL-35EBK5EMC滤波器能有效抑制380V/15kW功率变换器的共模干扰。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***，该***包括依次连接的EMC滤波器、电力电子功率变换器和负载，所述的EMC滤波器连接电网电源，所述的***还包括与电力电子功率变换器连接的门极驱动板，其特征在于，所述的***还包括电流探头和数字示波器，所述的电流探头输入端连接地线，所述的电流探头输出端连接数字示波器。
2.根据权利要求1所述的一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***，其特征在于，所述的门极驱动板输出电力电子器件门极控制信号控制电力电子功率变换器中的电力电子器件，所述的负载的外壳和所述的电力电子功率变换器均分别连接地线。
3.根据权利要求1所述的一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***，其特征在于，所述的***还包括功率变换器控制器，所述的功率变换器控制器连接门极驱动板。
4.一种应用如权力要求1～3任一项权利要求所述的一种功率变换器共模干扰抑制效果现场评估***的共模干扰评估方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
S1、根据测试的功率变换器选择相应的EMC滤波器、电流探头和数字示波器；
S2、运行变换器***，测量额定工况下工作一个运行周期的地线电流波形，并将地线电流波形导入数字示波器；
S3、测量***加入EMC滤波器后工作一个运行周期的地线电流波形，并导入数字示波器；
S4、对两次得到的地线电流波形进行FFT分析，分别获得地线电流噪声频谱图；
S5、比较两次测试得到的地线电流波形图，同时比较两次分析获得的地线电流噪声频谱图，获得滤波器对功率变换器共模干扰抑制效果。
5.根据权利要求4所述的一种共模干扰评估方法，其特征在于，所述的门极驱动板输出电力电子器件门极控制信号控制电力电子功率变换器中的电力电子器件，所述的负载的外壳和所述的电力电子功率变换器均分别连接地线。
6.根据权利要求4所述的一种共模干扰评估方法，其特征在于，所述的***还包括功率变换器控制器，所述的功率变换器控制器连接门极驱动板。
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