艦用變頻調速裝置傳導干擾的抑制對策
張志強1，2， 冀路明2， 莊亞平2， 馬守軍2， 吳正國1
(1海軍工程大學電氣與信息學院，湖北武漢430033；2海軍裝備研究院，北京100161)
摘要：結合艦用變頻調速裝置傳導干擾的特點，從設備論證設計和樣機牛產的不同階段著重分析了變頻調速裝置傳導干擾的各種抑制對策，并將其成功應用于實際裝備的生產中。
關鍵詞：變頻調速；電磁兼容；傳導干擾；電磁干擾
中圖分類號：TM 921 文獻標志碼：A文章編號：16734-540(2010)06-059-05
0 引 言
隨著電機調速技術的發展，電力電子變頻調速器在艦船電機控制領域的應用越來越廣泛。該調速方式具有調速范圍寬、效率高、控制方便等優點，但是變頻器在進行能量變換的同時也使得輸入和輸出側的電壓、電流含有豐富的高次諧波。這些高頻的噪聲信號會于擾其他敏感設備的正工作。另一方面變頻器大多運行在惡劣的電磁環境中，其內部由電子元器件、微處理芯片、控制電路等組成，會受到外界的電磁干擾(E]ectru Mag-netic Interference，EMI)。因此，當變頻器運行時，既要防止外界的EMI又要防止變頻器干擾外界其他設備。EMI的產生需要具備三個條件：第一是干擾源(又稱騷擾源)；第二是敏感設備；第三是干擾傳輸通道或耦合途徑[1]。
變頻調速裝置的大功率開關器件在開關過程中會產生非常高的電流和電壓變化率，通過電路中寄生電感和寄生電容產生強烈的瞬態噪聲。因此，主電路開關器件和相關電路產生的電磁噪聲成為變頻調速設備中的主要電磁干擾源。
變頻調速裝置中電力電子器件開關頻率遠低于通信系統的信號頻率，因此其EMI主要還是集中在傳導干擾上。傳導干擾的特點如下：
(1)傳導干擾主要由差模干擾和共模干擾兩部分組成，因此在設計‘電源EMI濾波器時應分清干擾的特性，識別哪些是差模干擾，哪些是共模干擾，從而有針對性地對傳導干擾進行抑制。
(2)差模干擾和共模干擾的頻率特點。大部分的差模干擾出現在100 kHz以下的頻段，而共模干擾通常出現在1 MHz以I：，也可以相對地說差模干擾為低頻干擾，共模干擾為高頻干擾。而在100 kHz～1 MHz之間既有差模干擾又有共模干擾。因此，在設計電源EMI濾波器來控制傳導干擾時，應根據這一特點來設計共模和差模濾波網絡，使傳導干擾得到有效抑制。
(3)傳導干擾的控制標準。傳導下擾的控制標準主要分為兩大類：一類是軍用標準，如
GJBl51A／152A等；一類是民用或商用標準如GB9254等。這兩類標準要求的頻率范圍不同，如GJBl51A／152A巾cEl02是10 kHz～10 MHz，而Gfl9254中傳導發射的頻率是150 kHz～30 MHz。兩類標準的限值電不同，軍用標準比民用或商用標準的要求要嚴格得多。
本文主要討論艦用變頻調速裝置的傳導干擾問題和相應對策。
1 變頻調速裝置傳導干擾的特點
傳導于擾通過導線傳輸，即通過設備的信號線、控制線、電源線等直接侵入敏感設備，其中傳導干擾的傳輸性質有電耦合、磁耦合及電磁耦合三種。變頻調速裝置傳導干擾的特點如下：
(1)由于電力電子裝置的主要電磁干擾源位于功率電路部分，噪聲頻譜范圍非常寬，特別是在低頻范圍內能達到兒赫茲的頻率，這使得采用傳統方法，如屏蔽和濾波來抑制電磁噪聲變得非常困難。
(2)變頻器的控制一般采用脈寬調制(Pulsewldth Modulation，PwM)控制方式，電力電子器件以確定的開關頻率進行高速切換，輸出高頻PwM電鹺脈沖(一般開關頻率小于20 kHz)，其產生的EMI頻譜會在開關頻率整數倍頻率點L出現峰值。圖1是一典型變頻器輸入的頻譜圖，其開關頻率為5 kHz，在10、15、20、25、30 kHz等頻率點上呈現峰值。
(3)電力電子裝置的功率電路部分和控制電路板通常安裝于同一個箱體中，而且有時應現場要求，電力電了裝置通過數十米長的電纜與其負載相連，由此引發的電磁干擾源與電磁噪聲敏感電路之間的電磁噪聲傳播以傳導和近場耦合為主。這種電磁空間與邊界條件的不規則和多樣使得電磁兼容(Hectr0 Ma印etic compat出mtv，EMc)設計變得異常復雜。
(4)電力電子裝置通常要處理很高的功率，導致裝罱體積和重量都很大，這給濾波器沒計和安裝帶來一些實際的困難。
|
