探究变频器的电磁兼容与电磁干扰抑制问题

除三相功率变换器输出共模电压的三相四桥臂方案[9-11]，其实验电路见图3所示。该方法基本思想是采用一个外加“辅助相”使三相系统电路的对地电位对称，并通过调整开关顺序，使四桥臂输出相电压之和尽可能为零，实现共模电压完全为零。与传统三桥臂功率变换器相比，它的共模emi可以减小约50%。

图3 带二阶滤波器的三相四桥臂功率变换器

m.d.manjrekar和a.rao等学者提出了一种通过添加辅助零状态开关，以消除因零开关状态而产生共模电压的方案[12,13]，电路结构见图4所示。这种辅助零状态合成器方法在经济方面很有吸引力，并且还可以使消除感应电机侧共模电压。

图4 辅助零状态合成器结构图

与传统的功率变换相比，尽管三相四桥臂和辅助零状态合成器这两种方法都能够消除或降低系统的共模电压，但它们所采用的调制策略都会使系统电压利用率下降。为此，haoran zhang等学者提出了一种用于消除电机共模电压和轴电流的双桥功率变换器[14-16]，拓扑结构见图5所示。它是通过控制双桥功率变换器产生标准的三相双绕组感应电动机平衡激励，并通过平衡激励(磁系统)实现抵消共模电压，达到消除轴电压、轴电流及充分减小漏电流、emi发射强度的目的。

图5 双功率变换器驱动电路

为了消除pwm电机驱动系统共模电流，a.consoli等学者基于共模电压补偿技术，提出了一种应用于由两个或多个功率变换器组成的多驱动系统公共直流母线共模电流消除技术[17]，拓扑结构见图6所示。该方法是在两个功率变换器做适当连接的基础上，通过控制两个变换器状态序列而使共模电压同步变化的新pwm调制策略。

图6 公共直流母线多电动机驱动共模电压抑制系统

(2)改进控制策略

由于两电平pwm调制策略将不可避免的使功率变换器输出含有共模电压，为此一些学者基于改进逆变器控制方式或策略，提出了一些可以消除或减小共模电压的新调制策略。韩国学者hyeoun-dong lee对全控型三相整流/逆变器的空间矢量调制方式进行了改动[21]，它是依据非零矢量位置的移动会减小系统输出共模电压脉冲数量和作用时间这一原理，实现共模电压的减小。另外该学者还提出了通过检测整流器滤波电容钳位中点电位的过零点极性，并选用两个不同零矢量的方法。该方法可以将功率变换器输出的共模电压降低到传统svpwm方式的三分之二[22];再有m.zigliotto等学者提出了以随机开关频率调制方式实现电磁干扰能量在频域范围内分布平均化的抑制技术[23]。

(3)优化驱动电路

由于pwm电机驱动系统产生传导emi的主要原因是功率半导体器件高频开关动作所引起的dv/dt和di/dt过大，并且它们的大小还直接影响着系统emi的发射强度，而且对于常用的开关器件，其开关瞬间dv/dt和di/dt的大小受门极驱动脉冲波形和门极杂散电容的影响，因此，如果单纯从减小系统emi发射强度的角度考虑，通过选择适当的电路拓扑结构和控制策略是可以减小dv/dt和di/dt，实现降低系统emi发射强度。vinod john等学者根据igbt的结构特点、开关特性及其所具有的弥勒效应提出了一种三级驱动的思想，并设计出了相应的电路。它既能应用于分立器件，也能应用于igbt模块，而且还适用于软开关和硬开关技术;另外一种减小dv/dt和di/dt的方法就是增加缓冲吸收电路。该方法在一定程度上减小了dv/dt和di/dt，对系统emi具有改善作用，但事实上它只是消除了器件开关时的振荡现象，效果不是很明显。

3.2 基于切断传导传播途径的emi抑制方法

尽管单纯从emc角度出发，降低干扰源对外发射电磁干扰强度是能够减小系统emi，但会受到开关损耗增大、抑制幅度有限、控制策略繁杂及电压利用率降低等不利因素的限制。为此各国学者相继提出了一些用于阻断emi传播途径的emi滤波器结构，并且实验表明经过正确设计的滤波器，能够使系统emi发射强度减小到emc标准限值以下，这是电气设备和系统实现电磁兼容的重要手段。同谐波滤波器一样，emi滤波器也可以被划分为无源emi滤波器和有源emi滤波器两种。

(1)有源emi滤波器

有源滤波器是通过有源电路来消除emi噪声能量。有源滤波器的具体工作原理是通过检测环节检测到emi电流或电压，然后将其反向回馈给系统，以此来抵消系统所产生的emi电流或电压，达到消除emi的目的。

目前比较典型的用于消除共模电流的有源滤波器如图7所示。它由小型共模电流变压器和一对互补的高频晶体管组成，逆变器开关动作时，高频漏电流通过电机绕组和机座间的寄生电容经地线回到电源侧，共模电流变压器将共模电流isl 检测出来，经互补晶体管放大产生补偿电流il′，如果变压器变比与晶体管放大倍数乘积足