變流器控制電路的電磁兼容性設(shè)計(jì)

1．電磁干擾源
    電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)是電力傳動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，而電力電子器件則是其核心。由于拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的復(fù)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(shè)計(jì)就顯得十分重要。對(duì)由電力電子器件構(gòu)成的變流器進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)之前，必須分析預(yù)期的電磁環(huán)境，并從電磁干擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備人手，找出其所處系統(tǒng)中存在的電磁干擾，然后有針對(duì)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://awcss.com/bl/251.html
  1）高頻開關(guān)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(fù)載突變?cè)斐傻母蓴_。
  3）系統(tǒng)內(nèi)部及其周圍的強(qiáng)電元件造成的強(qiáng)電干擾。
  5）電動(dòng)機(jī)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(gè)電子部件、功率器件都可能成為被干擾的敏感受擾設(shè)備。當(dāng)干擾信號(hào)電平低系統(tǒng)門坎電平時(shí)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成危害；但若高于低限門坎電平，就可能導(dǎo)致電子器件的誤觸發(fā)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。干擾信號(hào)可以通過多種途徑從干擾源耦合到敏感受擾設(shè)備上，主要有以下4種方式：傳導(dǎo)耦合、公共阻抗耦合、感應(yīng)耦合和輻射耦合。
在電氣拖動(dòng)系統(tǒng)中，功率模塊在開關(guān)過程中出現(xiàn)高壓切換難以避免，同時(shí)電動(dòng)機(jī)定子電壓呈脈沖狀態(tài)，du/dt的值很高，電動(dòng)機(jī)定子電流的du/dt值在開關(guān)切換時(shí)也很大，因此，通過感應(yīng)耦合和輻射耦合傳輸?shù)母蓴_最為嚴(yán)重。
2．變流器控制電路的電磁兼容性設(shè)計(jì)
變流器的控制電路由主電路板、控制板和驅(qū)動(dòng)板組成�？刂瓢宓闹饕�作用是接受上位機(jī)的給定指令，經(jīng)高速數(shù)字運(yùn)算產(chǎn)生功率模塊的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并對(duì)來自驅(qū)動(dòng)板的反饋信號(hào)進(jìn)行處理。驅(qū)動(dòng)板的主要作用是接受來自控制板的功率模塊驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)電路控制功率模塊的導(dǎo)通或關(guān)斷，同時(shí)將輸入電壓、輸入電流、三相輸出電流和溫度等反饋信號(hào)經(jīng)放大及濾波等環(huán)節(jié)后送給控制板進(jìn)行處理。
    (1)控制電源的抗干擾設(shè)計(jì)
    控制電源的穩(wěn)定性對(duì)控制電路的穩(wěn)定工作至關(guān)重要。變流器的控制電路共有3種電源：模擬信號(hào)電源、數(shù)字信號(hào)電源和運(yùn)算放大器電源�？刂齐娫吹碾姶偶嫒菪栽O(shè)計(jì)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(yīng)。
2）盡可能地縮短電源輸出端與負(fù)載間的距離，并增大連接導(dǎo)線的截面積，以減小連接電阻對(duì)負(fù)載調(diào)整率的影響。
3）在控制電源進(jìn)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(jìn)線引入的傳導(dǎo)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(xiàn)短路故障或由于其他因素導(dǎo)致輸入電壓瞬間跌落的意外時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)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(huì)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(shù)字電路的負(fù)載上并聯(lián)去耦電容，同時(shí)在負(fù)載上還并聯(lián)旁路電容，以獲得對(duì)中頻和高頻干擾信號(hào)的旁路作用，從而防止多個(gè)負(fù)載之間的相互干擾。
    （2）控制電路PCB線路設(shè)計(jì)
    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(shù)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(shí)，印制線的電感成分產(chǎn)生的噪聲電壓也不容忽視。因此．PCB線路的合理設(shè)計(jì)可以有效地抑制電磁干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。控制電路PCB的線路設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。
    1）根據(jù)電路功能要求，按功率大小，信號(hào)強(qiáng)弱與性質(zhì)等因素進(jìn)行分區(qū)布置，以削弱它們之間的相互干擾。
    2）本著減小導(dǎo)線的引線電感和導(dǎo)線問分布電容的原則，盡量減少導(dǎo)線的平行布線。
    3）在考慮安全的條件下，電源線應(yīng)盡可能靠近地線，并遠(yuǎn)離信號(hào)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(hào)線盡量靠近地線，信號(hào)線之問應(yīng)垂直布線，并遠(yuǎn)離大電流信號(hào)線及電源線。
5）模擬地、數(shù)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(gè)公共接地點(diǎn)。
    (3)控制電路的接地設(shè)計(jì)
    接地設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本目的：消除各支路電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓；避免受磁場(chǎng)和地電位差的影響，形成地環(huán)路。為達(dá)到以上目的，在變流器控制電路的接地設(shè)計(jì)中應(yīng)采取以下幾項(xiàng)措施。
    1）地線分流，主要是通過結(jié)構(gòu)措施減少公共地阻抗造成的信號(hào)串?dāng)_，根據(jù)地線分流原則，將強(qiáng)電地線和弱電地線分開，數(shù)字電路地線和模擬電路地線分開，安全地、信號(hào)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(chǎng)的感應(yīng)、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(gòu)件（如機(jī)箱、散熱器等）與大地直接相連，以防止觸電事故、外界電磁場(chǎng)的干擾以及靜電等。
    4）直流電源的反饋線應(yīng)當(dāng)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(diǎn)和多點(diǎn)接地。
    (4)控制電路的屏蔽設(shè)計(jì)
    根據(jù)屏蔽體對(duì)電磁渡的衰減機(jī)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(dǎo)率和磁導(dǎo)率共同決定。在采用2mm厚的鋼板制成控制器的封閉式機(jī)箱內(nèi)，驅(qū)動(dòng)板和控制板與功率模塊平行放置，中間加鋁板隔離，機(jī)箱起到屏蔽體的作用。經(jīng)測(cè)試，其屏蔽效能在100dB以上。機(jī)箱通過散熱器可靠接地，使得機(jī)箱屏蔽體同時(shí)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(chǎng)能量、直流磁場(chǎng)能量和50Hz低頻磁場(chǎng)能量不侵入控制電路中，同時(shí)控制電路中產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)能量不擴(kuò)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(jié)構(gòu)的不連續(xù)性。因此，在機(jī)箱的永久性接縫處采用焊接工藝密封，在機(jī)箱的非永久性接縫處加入實(shí)心導(dǎo)電橡膠條作為導(dǎo)電襯墊，從而有效保證了屏蔽的完整性。