核心提示：　　PWM逆變器一感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)IGBT開(kāi)關(guān)高速動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生接地電流通過(guò)寄生電路流入接地網(wǎng)。這種尖脈沖電流有著很寬的頻帶和不小的峰值，它可通過(guò)接地網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)中的其它設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的EMI問(wèn)題。更

　　PWM逆變器一感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)IGBT開(kāi)關(guān)高速動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生接地電流通過(guò)寄生電路流入接地網(wǎng)。這種尖脈沖電流有著很寬的頻帶和不小的峰值，它可通過(guò)接地網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)中的其它設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的EMI問(wèn)題。更嚴(yán)重的是三相橋的兩個(gè)橋臂可能幾乎同時(shí)動(dòng)作，這時(shí)干擾脈沖的峰值可以是單橋臂動(dòng)作時(shí)的2倍左右。

　　為了更好的抑制EMI，有文章研究了這種噪聲的產(chǎn)生和傳播機(jī)理，但大多數(shù)的分析是基于利用寄生電路的集中參數(shù)電路，所研究的頻率范圍不超過(guò)幾MHz.一些改進(jìn)的方法能夠在高達(dá)數(shù)十MHz的頻率得到比較滿意的EMI預(yù)測(cè)，但是都包括復(fù)雜的以經(jīng)驗(yàn)為主測(cè)量的參數(shù)和SABER中的器件模型，需要冗長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間。

　　從EMI故障診斷W的角度來(lái)看，只研究干擾的頻譜不足以解決全部問(wèn)題，單個(gè)干擾脈沖的強(qiáng)度和寬度等因素都影響干擾的效果，而這些是頻譜圖不能清楚反映出的，所以在電磁兼容問(wèn)題中還需要具體研究干擾的時(shí)域波形。多數(shù)文章集中于討論裝置對(duì)電網(wǎng)側(cè)的EMI發(fā)射，很少提及接地電流通過(guò)接地面對(duì)其他裝置的EMI問(wèn)題。而且隨著開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作，主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是變化的，這對(duì)EMI問(wèn)題的影響有多大也很少有人研究。本文采用了一種便捷的系統(tǒng)函數(shù)法，通過(guò)幾次簡(jiǎn)單的測(cè)試就可比較全面地分析PWM調(diào)速系統(tǒng)中接地電流的EMI特性。主要的傳播通道。部分接地電流經(jīng)過(guò)C，2從電機(jī)側(cè)流出并由Csl返回逆變器，其余的則流入電網(wǎng)側(cè)。電機(jī)側(cè)的接地電流可以用一個(gè)如所示的電流探頭測(cè)量。

　　逆變器感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)EMI測(cè)試示意。2IGBT的開(kāi)通/關(guān)斷波形與接地電流的聯(lián)系IGBT的開(kāi)關(guān)特性（這里只關(guān)注dv/dO由許多因素決定，如直流母線電壓、負(fù)載電流、門(mén)極驅(qū)動(dòng)阻抗、結(jié)溫、以及電路的寄生阻抗等。

　　本文詳細(xì)研究了IGBT開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)電壓上升/下降速率（ldv/dd）和負(fù)載電流之間的聯(lián)系。所示逆變器一個(gè)橋臂上的器件電壓和負(fù)載電流/的波形如所示，。為了測(cè)量方便，逆變器通過(guò)一根很短的粗銅線連接到接地面。圖中曲線3所示電壓波形是一個(gè)逆變器橋臂的輸出，這是由上管開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的，曲線1所示電流波形是電機(jī)側(cè)的接地電流，曲線2所示電流波形是流回逆變器側(cè)的接地電流。

　　很明顯，接地電流在IGBT開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生，Idv/dfl越大，接地電流也越大；絕大部分接地電流從電機(jī)側(cè)流出并從逆變器側(cè)返回，其余部分則流入電網(wǎng)側(cè)，接地電流能通過(guò)接地網(wǎng)絡(luò)耦合對(duì)其他裝置產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

　　圖中縱坐標(biāo)電壓為250V/：洛：電流為2A/格：橫坐標(biāo)時(shí)間為500ns/格。

　　IGBT上管開(kāi)通/關(guān)斷動(dòng)作所弓丨起的接地電流Fig.4Groundingcurrentdueto多，由接地電流所引起的EMI問(wèn)題主要由IGBT的開(kāi)通動(dòng)作決定，因而可以主要考慮IGBT開(kāi)通時(shí)的EMI問(wèn)題。

　　為了更清楚地認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)，兩個(gè)同樣工作條件下由IGBT開(kāi)通（紅線）和關(guān)斷（藍(lán)線）引起的接地電流波形以及幅頻譜被重新繪制在）中，可以看出IGBT開(kāi)通時(shí)所引起的接地電流EMI問(wèn)題要嚴(yán)重得多。

　　（b）接地電流頻譜圖S接地電流EMI 2.3EMI傳播通道特性描述中EMI問(wèn)題的方法，對(duì)系統(tǒng)的等效噪聲源以及它的耦合路徑分開(kāi)來(lái)研究，IGBT的電壓、電流被看作是噪聲源，傳播通道被看作是一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)。本文中，逆變器每個(gè)橋臂的電壓被看作是噪聲源，傳播通道被等效為一個(gè)兩端口網(wǎng)絡(luò)，接地電流是輸出響應(yīng)。G（幼是二端口網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)函數(shù)。它的各個(gè)分量和頻率關(guān)。

　　通過(guò)測(cè)試某一工況下的和/s波形數(shù)據(jù)并使用傅立葉變換就能夠得到G（fi））。用相似的方法可以得到接地電流在其它工況的各個(gè)頻率分量，再通過(guò)傅立葉反變換就可以得到它的時(shí)域波形。

　　4拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化對(duì)傳播通道特性的影響隨著開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作，三相逆變器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是變化的，當(dāng)某一相橋臂的上管或下管開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，因?yàn)榱硗鈨上鄻虮坶_(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和截止，有著3種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：2個(gè)橋臂上管或者2個(gè)橋臂下管或者一個(gè)橋臂上管和另一個(gè)橋臂下管為導(dǎo)通狀態(tài)。再考慮這一相橋臂是上管或者下管的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，一共是6種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　以其中一相為例，通過(guò)測(cè)試與計(jì)算，得出一相橋臂上管動(dòng)作時(shí)從一相開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的電壓到接地電流心的傳播通道系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性如所示，下管動(dòng)作時(shí)的傳遞函數(shù)與其相同。由圖可見(jiàn)，這幾個(gè)函數(shù)是基本一致的，這說(shuō)明這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變對(duì)本文中所研究的EMI傳播通道特性的影響可以忽略不計(jì)。

　　兩上管通兩下管通-…，上下管各傳播通道的幅頻譜特性2.5多個(gè)噪聲源共同作用的影響誤動(dòng)作不僅取決于干擾脈沖的幅度，也取決于它的寬度。但通過(guò)頻譜儀測(cè)試的干擾強(qiáng)度不能完全反映這些時(shí)域信息，這樣往往掩蓋了實(shí)際的干擾水平。

　　在1臺(tái)三相逆變器中，3個(gè)橋臂的輸出電壓可以看作是3個(gè)噪聲源，根據(jù)三相逆變器的控制策略，IGBT按照一定的規(guī)律開(kāi)通與關(guān)斷，在它們的開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)激勵(lì)接地電流的產(chǎn)生。在某些時(shí)候2個(gè)不同橋臂的開(kāi)關(guān)動(dòng)作在時(shí)間上會(huì)很接近，這時(shí)的接地電流就是2個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)共同作用的結(jié)果。

　　雖然用頻譜儀測(cè)得的頻譜未見(jiàn)得有太大的差別，但是從時(shí)域上來(lái)看，產(chǎn)生的干擾電流峰值卻可能顯著變大，極端的情況是2個(gè)開(kāi)關(guān)幾乎同時(shí)動(dòng)作，干擾的強(qiáng)度可以接近單橋臂動(dòng)作的2倍，這時(shí)更容易出現(xiàn)電路的誤動(dòng)作等EMI問(wèn)題。

　　實(shí)際測(cè)試的結(jié)果如所示，圖中曲線1~曲線3分別是逆變器3個(gè)橋臂輸出電壓，曲線4是電機(jī)側(cè)接地電流。兩個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，由于疊加，接地電流峰值變大，振蕩時(shí)間變長(zhǎng)，如（b）中接地電流的峰值幾乎是（a）中峰值的2倍。

　　（b）兩個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作圖中曲線1、2、3縱坐標(biāo)電壓為250V/格；曲線4縱坐標(biāo)電流為2.0A/格；橫坐標(biāo)時(shí)間為5叫格兩個(gè)噪聲源作用下的接地電流3研究實(shí)例在電磁屏蔽室設(shè)置了一套5.5kW的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輸入端的三相LISN、逆變器和一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)都固定在一塊5mm厚的鋁板上，逆變器到電機(jī)之間是3條200cm長(zhǎng)的連接電纜。

　　通過(guò)對(duì)各個(gè)橋臂IGBT動(dòng)作時(shí)的橋臂電壓和接地電流的測(cè)試及利用式（1）計(jì)算，可以得到三相傳播通道的系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性如所示，其特性類(lèi)似于帶通，因?yàn)槿嚯娐罚ò孀兤骱透袘?yīng)電動(dòng)機(jī)）是對(duì)稱(chēng)的，三個(gè)函數(shù)基本一致。

　　三相傳播通道的幅頻譜特性在知道了接地電流EMI傳播通道的特性后，可以很容易地預(yù)測(cè)不同工作電壓電流條件下的接地電流大小。通過(guò)式（1）可以求出接地電流的各個(gè)頻率分量，然后通過(guò)傅立葉反變換就可以得到它的時(shí)域波形。

　　輸入交流電壓為460V負(fù)載電流為3A時(shí)的接地電流幅頻特性如，時(shí)域波形如0所示，測(cè)量值和預(yù)測(cè)值吻合得很好。

　　IGBT開(kāi)通時(shí)的接地電流頻譜4結(jié)論地電流可以通過(guò)接地網(wǎng)絡(luò)的阻抗對(duì)外形成千擾。接地電流呈振蕩尖脈沖形狀，它的出現(xiàn)時(shí)刻與IGBT開(kāi)關(guān)管電壓跳變的時(shí)間對(duì)應(yīng)，電壓跳變?cè)娇欤拥仉娏鞣逯翟礁摺＞屯粋€(gè)IGBT而言，開(kāi)通時(shí)Idv/dfl基本與負(fù)載電流無(wú)關(guān)，且比關(guān)斷時(shí)Idv/drl要大得多，而且關(guān)斷時(shí)電壓跳變時(shí)間隨負(fù)載電流的增加而減少。接地電流的最大幅值主要由IGBT的開(kāi)通決三相PWM逆變器工作時(shí)，其主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是變化的，但是這種變化對(duì)本文中討論的EMI傳播通道的特性基本沒(méi)有影響。描述各相傳播通道的系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性類(lèi)似于帶通，而且其取值基本一致。當(dāng)兩個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，各橋臂對(duì)外干擾脈沖可能疊加，幅度可能接近單個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)干擾脈沖的2倍。

　　采用線性的系統(tǒng)函數(shù)方法描述三相逆變器主電路各開(kāi)關(guān)元件到接地面之間耦合路徑特性，實(shí)踐表明這種方法是有效的，在分析和預(yù)測(cè)PWM逆變器一感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)外的千擾問(wèn)題時(shí)，所產(chǎn)生的誤差是可以接受的。

　　以上的分析中，系統(tǒng)的實(shí)際非線性被忽略帶來(lái)了一定的誤差，而且由于忽略了di/df的作用，在Idv/dfl比較小的時(shí)候，預(yù)測(cè)會(huì)帶來(lái)比較大的誤差，尤其是分析兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作的情況，進(jìn)一步的研究還需要考慮山‘/出對(duì)接地電流的影響。