CN205212696U - Pwm变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置 - Google Patents

Abstract

PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，它涉及PWM变频器电机驱动***的无源抑制装置。本实用新型为了解决现有技术中的PWM变频电机驱动***存在对于***产生的电磁干扰抑制效果差，容易造成电网污染的问题。本实用新型包括依次连接的三相交流电源、输入侧滤波器、整流电路、第一直流母线电容、第二直流母线电容、逆变电路、输出侧滤波器长线电缆和电机，第一直流母线电容和第二直流母线电容串联后并接在整流电路输出侧的直流母线上，输入侧滤波器的输出端连接输出侧滤波器的输出端后连接第一直流母线电容和第二直流母线电容的连接点。本实用新型了抑制PWM变频电机驱动***中的电磁干扰等，使***的传导电磁干扰不超标。

Description

PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置

技术领域

本实用新型涉及PWM变频器电机驱动***的无源抑制装置，具体涉及PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，属于PWM变频电机驱动***的电磁兼容领域技术领域。

背景技术

目前，PWM变频器在工业、商业和民用***中应用越来越广泛，例如电机驱动***就普遍采用PWM技术。在三相PWM变频器应用中，由于脉冲输出的不对称性，***中必然存在共模电压。研究表明，PWM变频器产生的高频共模电压及较大的du/dt给***带来许多负面效应，如轴电压、轴电流、共模漏电流、电机终端过电压(电机与PWM变频器采用长线电缆连接引起)和电磁干扰等。

电磁干扰有两种形式：传导和辐射。变频器产生的传导电磁干扰是以电压或电流的共模与差模形式出现的，它分为差模干扰和共模干扰。差模干扰是指由相线与中线所构成回路中的干扰信号；共模干扰则是指由相线或中线与地线所构成回路中的干扰信号。共模和差模的主要区别在于共模信号通过地形成回路，而差模信号不经过地。对于变频器，多数情况下产生的传导干扰是以共模干扰为主，并且共模电流流经大地构成回路，大地将形成天线效应,给其他设备带来严重的电磁干扰，这使得共模干扰造成的危害远远大于差模干扰所造成的危害。因此共模干扰在PWM变频电机驱动***的电磁兼容性设计中显得尤为重要，而这种共模电流即为***的漏电流。为此各国学者相继围绕着电机***的干扰源、传播途径和敏感设备这3个方面开展了理论及应用技术的研究工作，并取得了一定的成就。总体上包括两类：一类是通过改善控制策略和优化电路拓扑结构来降低干扰源的干扰强度；另一类是通过滤波来抑制干扰的传播。

另外，由于电磁兼容标准的强制执行，PWM变频电机驱动***所产生的电磁干扰也越来越受到人们的重视。为了达到国际/国内电磁兼容标准的要求，必须采取一定的措施进行电磁干扰抑制。现有的PWM变频电机驱动***对于***产生的电磁干扰抑制效果差，容易造成电网污染。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的PWM变频电机驱动***存在对于***产生的电磁干扰抑制效果差，容易造成电网污染的问题。

本实用新型的技术方案是：PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，包括依次连接的三相交流电源、输入侧滤波器、整流装置、第一直流母线电容、第二直流母线电容、逆变装置、输出侧滤波器长线电缆和电机，第一直流母线电容和第二直流母线电容串联后并接在整流装置输出侧的直流母线上，所述输入侧滤波器的输出端连接输出侧滤波器的输出端后连接第一直流母线电容和第二直流母线电容的连接点。

所述输入侧滤波器包括三相输入端、三个电感和第一RC滤波电路，输入侧滤波器的三相输入端分别通过电感连接整流装置的交流输入端，第一RC滤波电路的三相输入端分别接在输入侧滤波器的三相输入端和电感之间，第一RC滤波电路的输出端连接第一直流母线电容和第二直流母线电容的连接点。此连接方式的目的是用于消除PWM变频电机驱动***交流输入侧的高频共模电压，进一步降低整个***的传导电磁干扰，并防止***产生的干扰污染电网。

所述三个电感的结构相同，三个电感的电感值相同。

所述第一RC滤波电路包括三条并联的滤波支路，第一RC滤波电路的每条滤波支路包括串联的电阻和电容，第一RC滤波电路中的电阻阻值相同，电阻结构相同，第一RC滤波电路中的电容电容值相同，三个电容结构相同。

所述输出侧滤波电路包括三相共模电感和第二RC滤波电路，三相共模电感的同名端为输出侧滤波的输入端，三相共模电感的异名端通过长线电缆连接电机，第二RC滤波电路三相输入端分别连接三相共模电感的同名端，第二RC滤波电路的输出端连接第一直流母线电容和第二直流母线电容的连接点。这种连接方式的目的有两个：一是用于抑制逆变装置3输出侧和电机5之间的高频共模电压，进而抑制由共模电压引起的电机轴承电流、漏电流等负面效应。二是减慢逆变器输出脉冲的上升时间，电压反射现象消失，消除PWM逆变器由长电缆所引的过电压。

所述第二RC滤波电路包括三条并联的滤波支路，第二RC滤波电路的每条滤波支路包括串联连接的电阻和电容，所述第二RC滤波电路的三个电阻阻值相同，电阻结构相同；第二RC滤波电路的三个电容电容值相同，三个电容结构相同。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：本实用新型所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置采用两个EMI滤波器拓扑结构，充分利用无源滤波器结构简单、实现方便的优点，在传统的无源滤波器的基础上进行改进，综合考虑***中传导电磁干扰的产生机理进行设计。输出侧滤波器的作用有两方面，一方面用于抑制PWM变频电机驱动***逆变装置输出侧与电机之间的共模电压，进而抑制电机轴电压、轴承电流。另一方面，输出侧滤波器的输出降低了PWM脉冲的电压变化率du/dt，这个设计能减慢逆变器输出脉冲的上升时间，并且能消除PWM逆变器由长电缆所引的过电压的不利影响，使电压反射现象消失。输入侧滤波器的作用有两个：一是用于抑制PWM变频电机驱动***整流装置交流输入侧的共模电压，进一步降低整个***的共模电压及传导电磁干扰；二是滤波器的输入端减少了主电源侧的电磁干扰，防止由***产生的干扰污染电网。本实用新型提出的由两个无源滤波器结构组成的输入/输出侧滤波器拓扑，分别放置在PWM变频装置的输入侧和输出侧，共同作用，抑制PWM变频电机驱动***中的du/dt、共模电压、过电压及电磁干扰等，使***达到传导电磁干扰不超标。

附图说明

图1是本实用新型所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置的原理框图；

图2是输入侧滤波器的具体电路示意图；

图3是输出侧滤波器的具体电路示意图；

图4是采用本实用新型所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源滤波装置中电流流经路线图；

图5是采用本实用新型所述PWM变频电机驱动***轴电压U_sh、轴承电流I_B和共模电流I_CM的曲线图；

图6是采用本实用新型所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置的传导电磁干扰发射曲线图。

具体实施方式

结合附图说明本实用新型的具体实施方式，本实施方式的PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，如图1所示，包括三相交流电源1、输入侧滤波器7、整流装置2、逆变装置3、输出侧滤波器6、长线电缆4和电机5，三相交流电源1的交流电输出端连接输入侧滤波器7的输入端，输入侧滤波器7的输出端连接整流装置2的交流输入端，整流装置2的直流输出端与逆变装置3的直流输入端相连，逆变装置3的交流逆变输出端连接输出侧滤波器6的输入端，输出侧滤波器6的输出端通过长线电缆4为电机5提供工作电源；第一直流母线电容C₁和第二直流母线电容C₂串联后再并联在整流装置2输出的直流母线上，第一直流母线电容C₁和第二直流母线电容C₂的连接点为该直流母线中点；

输入侧滤波器7的输出端与输出侧滤波器6输出端的一端子相连，输入侧滤波器7和输出侧滤波器6的输出端相连后与直流母线中性点相连。

本实施方式中，PWM变频电机驱动***中整流装置2和逆变装置3在对电能进行控制和变换时，高速开通和关断的开关器件会造成产生的较高的du/dt、di/dt，继而产生高频共模电压和高频差模电压，形成电磁干扰，高频的共模电压也是电机轴电压、轴承电流及漏电流产生的主要原因，另外，在有长线电缆相连接的电机***中，脉冲信号在长线电缆传输过程中会发生电压反射现象，造成***过电压的产生。

本实施方式中，输出侧滤波器6输入端连接于逆变装置3的输出端，输出端一部分与电机5相连，输出端另外引出一个端子连接于直流母线中点；这种连接方式的目的有两个：一是用于抑制逆变装置3输出侧和电机5之间的高频共模电压，进而抑制由共模电压引起的电机轴承电流、漏电流等负面效应。二是减慢逆变器输出脉冲的上升时间，电压反射现象消失，消除PWM逆变器由长电缆所引的过电压。

输入侧滤波器7的输入端与三相交流电源1相连，输出端一部分连接在整流装置2的输入端，另外引出一个端子连接在输出侧滤波器6的输出端，并同时与直流母线中点相连接；此连接方式的目的是用于消除PWM变频电机驱动***交流输入侧的高频共模电压，进一步降低整个***的传导电磁干扰，并防止***产生的干扰污染电网。

如图2所示，输入侧滤波器7包括电感L₁、电感L₁′、电感L₁″和第一RC滤波电路，第一RC滤波电路包括三条并联的滤波支路，第一RC滤波电路的三条滤波支路分别包括串联的电阻R₁与电容C₁、串联的电阻R₁′与电容C₁′、串联的电阻R₁″与电容C₁″；

电感L₁、电感L₁′、电感L₁″这三个电感的一端构成输入侧滤波器7的三相输入端A、B、C，所示输入侧滤波器7三相输入端A、B和C分别连接整流装置2的交流输入端，电感L₁、电感L₁′、电感L₁″这三个电感的另一端A′、B′、C′连接三相交流电源1的交流电输出端；

电阻R₁、电阻R₁′、电阻R₁″的一端连接在输入侧滤波器7的输入端A′、B′、C′，电阻R₁、电阻R₁′、电阻R₁″的另一端分别与电容C₁、电容C₁′、电容C₁″串联后连接在一起；电容C₁、电容C₁′、电容C₁″的另一端Y形连接后连接至输入侧滤波器7的输出端M；

电感L₁、电感L₁′、电感L₁″电感值相等，结构相同；

电阻R₂、电阻R₂′、电阻R₂″阻值相等，结构相同；

电容C₂、电容C₂′、电容C₂″容值相等，结构相同；

如图3所示，输出侧滤波器6包括三相共模电感L_CM和第二RC滤波电路，第二RC滤波电路包括并联的三条滤波支路，第二RC滤波电路的三条滤波支路分别包括串联的电阻R₂与电容C₂、串联的电阻R₂′与电容C₂′、串联的电阻R₂″与电容C₂″。

三相共模电感L_CM的三个同名端连接U、V、W连接逆变装置3的逆变交流输出端；三相共模电感L_CM的三个的异名端U′、V′、W′通过长线电缆4与电机5相连，电阻R₂、电阻R₂′、电阻R₂″一端本别连接三相共模电感L_CM的三个的异名端U′、V′、W′，电阻R₂、电阻R₂′、电阻R₂″的另一端分别与电容C₂、电容C₂′、电容C₂″相串联连接；电容C₂、电容C₂′、电容C₂″相并联后连接至一输出端子M′；

所示输入侧滤波器7的输出端M一方面与直流母线中点0相连接，一方面与输出侧滤波器6的输出端子M′连接；

电容C₂、电容C₂′、电容C₂″为Y接结构；

电阻R₂、电阻R₂′、电阻R₂″阻值相等，结构相同；

电容C₂、电容C₂′、电容C₂″容值相等，结构相同；

本实施方式的PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置的参数确定原则。

在设计输入/输出无源抑制滤波装置的过程中，只要合理的选择了个无源器件的参数，就能达到降低***共模电压的目的，进而降低***的传导电磁干扰。

虽然目前国际上对PWM变频电机驱动***的共模电压还没有明确的定义，但可以依据单相***和直流***的定义(每个导体与规定参考点(通常是地或机壳)之间的相电压的平均值)，将PWM功率变换器输出端中点对参考地的电位定义为***共模电压。于是，功率变换器所输出的共模电压可以通过测量感应电机星接绕组中性点对参考地的电位获得，而对于电机绕组为三角形连接的***，则可以通过人为设置一个假中点，并进行测量获得。从此定义可以看出，PWM变频电机驱动***电机侧共模电压的大小依赖于参考地的选取，并且参考地不同时共模电压的波形和形状也有所不同。为此，本实施方案中，设置共模电压是以直流母线中点为参考地的电位。

根据以上定义，在没有采取本实施方式给出PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置时***产生的共模电压可以用下式表示，

$V_{CM}=\frac{(V_{UO}+V_{VO}+V_{WO})}{3}+V_{OG}---\left(1\right)$

其中，V_U0、V_V0、V_W0分别为电机5输入端U、V、W对直流母线中点0的电压，V_0G为直流母线中点对地电压。

本实施方式给出得输出侧滤波器6中共模电感L_CM的主要目的及抑制共模电压的产生，其参数值设置由共模电压的大小确定。另外在采取本实施方式给出PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置时，通过计算可以获得此时***产生的共模电压，用下式表示，

$V_{CM}=\frac{1}{3}\left(i^{\′\′}{R}_2+\frac{1}{C_2}\∫i^{\′\′}dt\right)+\frac{1}{3}\left(i^{\′}{R}_1+\frac{1}{C_1}\∫i^{\′}dt\right)---\left(2\right)$

从式(2)可以看出，要想降低***共模电压，则可以通过适当设计的电阻R₁、电容C₁、电阻R₂、电容C₂的参数值来达到。

在接入本实用新型PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置后，测量得到的PWM变频电机驱动***轴电压U_sh、轴承电流I_B和共模电流I_CM的曲线图如图5所示，表明本实用新型提出的PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置能有效地抑制PWM变频电机驱动***的不良影响，***轴电压、轴承电流和漏电流都有明显的消除；在采用本实用新型装置后，用LISN测量主电路侧的电磁干扰，采用本实用新型所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置后的传导电磁干扰发射曲线图如图6所示，此时***产生的传导电磁干扰幅值整体均在标准GB/T12668.2-2002规定的中等功率传动***发射限值范围内，抑制效果比较明显，显示了本实用新型提出的输入/输出无源抑制滤波装置的有效性。

研究PWM变频电机驱动***的电磁兼容问题，并针对该***所产生的负面效应采取有效的抑制措施，从切除干扰传播途径的角度，滤波装置是非常有效的抑制手段，正确设计的滤波装置能够使***电磁干扰发射强度减小到电磁兼容标准限值以下，使设备和***达到国际电磁兼容标准的要求。

Claims (6)

1.PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，包括依次连接的三相交流电源、输入侧滤波器、整流装置、第一直流母线电容、第二直流母线电容、逆变装置、输出侧滤波器长线电缆和电机，第一直流母线电容和第二直流母线电容串联后并接在整流装置输出侧的直流母线上，其特征在于：所述输入侧滤波器的输出端连接输出侧滤波器的输出端后连接第一直流母线电容和第二直流母线电容的连接点。

2.根据权利要求1所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，其特征在于：所述输入侧滤波器包括三相输入端、三个电感和第一RC滤波电路，输入侧滤波器的三相输入端分别通过电感连接整流装置的交流输入端，第一RC滤波电路的三相输入端分别接在输入侧滤波器的三相输入端和电感之间，第一RC滤波电路的输出端连接第一直流母线电容和第二直流母线电容的连接点。

3.根据权利要求2所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，其特征在于：所述三个电感的结构相同，三个电感的电感值相同。

4.根据权利要求2所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，其特征在于：所述第一RC滤波电路包括三条并联的滤波支路，第一RC滤波电路的每条滤波支路包括串联的电阻和电容，第一RC滤波电路中的电阻阻值相同，电阻结构相同，第一RC滤波电路中的电容电容值相同，三个电容结构相同。

5.根据权利要求1所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，其特征在于：所述输出侧滤波电路包括三相共模电感和第二RC滤波电路，三相共模电感的同名端为输出侧滤波的输入端，三相共模电感的异名端通过长线电缆连接电机，第二RC滤波电路三相输入端分别连接三相共模电感的同名端，第二RC滤波电路的输出端连接第一直流母线电容和第二直流母线电容的连接点。

6.根据权利要求5所述PWM变频电机驱动***电磁干扰输入/输出无源抑制装置，其特征在于：所述第二RC滤波电路包括三条并联的滤波支路，第二RC滤波电路的每条滤波支路包括串联连接的电阻和电容，所述第二RC滤波电路的三个电阻阻值相同，电阻结构相同；第二RC滤波电路的三个电容电容值相同，三个电容结构相同。