交流驅(qū)動系統(tǒng)共模電壓和軸承電流無源/有源抑制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及的是交流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)和電磁兼容領(lǐng)域，具體是一種抑制交 流驅(qū)動系統(tǒng)中共模電壓和軸承電流的無源/有源濾波抑制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電磁兼容（EMC)是電氣、電子工程的一個重要研宄領(lǐng)域，電磁干擾是人們早已發(fā) 現(xiàn)的問題，但電磁兼容這一新學(xué)科卻是近代形成的。國際電工委員會對此的定義為：設(shè)備或 系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的 能力。
[0003] 隨著電子產(chǎn)品、計算機與家用電器的大量涌現(xiàn)和廣泛普及，特別是近年來與電力 電子器件有關(guān)的變換裝置的廣泛應(yīng)用，使得電磁噪聲干擾日益嚴(yán)重，并已經(jīng)成為一種公害。 這種電磁噪聲不僅嚴(yán)重干擾鄰近的其他電子設(shè)備的正常工作，而且還威脅著人類的健康與 安全。與此同時，世界上又出現(xiàn)了大量的對電磁干擾很敏感的高靈敏度設(shè)備，且這些敏感的 裝置正扮演著愈來愈重要的角色。如電子控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理裝置等。因此降低電子設(shè)備的 電磁干擾強度，提高電磁兼容性已成為當(dāng)今電子行業(yè)所關(guān)注的問題。
[0004] 如何在共同的電磁環(huán)境中使電子系統(tǒng)和設(shè)備不受干擾的影響而相容地正常工作 是迫切需要解決的技術(shù)問題，而這一點正是研宄電磁兼容的宗旨。為此，為了規(guī)范電器電 子產(chǎn)品的電磁兼容性，構(gòu)造一個良好的電磁環(huán)境，減少各種相互干擾和電磁污染，有關(guān)國際 組織和國家對電子、電氣產(chǎn)品規(guī)定了電磁兼容質(zhì)量強制標(biāo)準(zhǔn)，如國際無線電特別委員會的 CISPR標(biāo)準(zhǔn)，歐盟的EN系列標(biāo)準(zhǔn)，美國聯(lián)邦通訊委員會FCC系列標(biāo)準(zhǔn)等。而且歐盟規(guī)定從 1996年1月開始，所有投放歐盟市場的電器電子產(chǎn)品必須符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的要求，否則不能進 入歐盟市場流通。我國也有許多組織，在從事有關(guān)EMC方面的工作，如全國無線電干擾委員 會，中國電源學(xué)會電磁兼容委員會等，并且我國的國家EMC標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)在逐步實施。但由于 過去的工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，電磁環(huán)境污染未充分暴露，對電磁兼容的研宄認(rèn)識不足，因此國 內(nèi)的EMC研宄還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。由此可見電磁兼容已是一門與國民經(jīng)濟、國防建設(shè)和人民生活 休戚相關(guān)的學(xué)科。
[0005] 進入20世紀(jì)后，現(xiàn)代工業(yè)中所應(yīng)用的電機驅(qū)動系統(tǒng)已由原來簡單的工頻電源直 接驅(qū)動控制發(fā)展為采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM)的功率變換器驅(qū)動。其性能雖然得到了大幅度 的提高，但是由于PWM脈寬調(diào)制控制方式的原因，功率變換器中的功率開關(guān)器件工作在開 關(guān)狀態(tài)，所輸出的電量波形不連續(xù)，且具有較大的du/dt和di/dt，這使得電壓、電流均含有 豐富的高次諧波。于是，這些諧波所具有的電磁噪聲能量就會通過近場耦合和遠(yuǎn)場耦合形 成電磁干擾，影響系統(tǒng)自身和周邊電氣系統(tǒng)的正常工作。以現(xiàn)在普遍采用IGBT器件為例， 當(dāng)開關(guān)頻率為2kHz~20kHz時，就可以高達(dá)2kA/ y s，而此時30nH的雜散電感就可以激勵 出60V的干擾電壓，由此可見它所造成的電磁干擾強度極大。同時功率變換器所產(chǎn)生高頻 共模電壓，也會使電機出現(xiàn)軸電壓、軸承電流及共模電流（漏電流）過大等負(fù)面問題。而 另一方面，交流電機驅(qū)動系統(tǒng)往往是在精密機械加工、國防尖端設(shè)備等一些特殊場合應(yīng)用， 其產(chǎn)生的傳導(dǎo)電磁干擾既影響到系統(tǒng)本身的穩(wěn)定運行，又影響到其他系統(tǒng)的安全運行。因 此，交流電機驅(qū)動系統(tǒng)的傳導(dǎo)電磁干擾已成為困擾許多系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行的尖銳問題，必 需提出一些切實可行的辦法，對實際應(yīng)用中交流電機驅(qū)動系統(tǒng)的傳導(dǎo)電磁干擾進行有效的 抑制。
[0006] 對交流驅(qū)動系統(tǒng)中由于電磁干擾產(chǎn)生的共模電壓和軸承電流等負(fù)面效應(yīng)，從切除 干擾傳播途徑的角度，EMI濾波器是非常有效的抑制手段，正確設(shè)計的濾波器能夠使系統(tǒng) EMI發(fā)射強度減小到EMC標(biāo)準(zhǔn)限值以下，使電氣設(shè)備和系統(tǒng)實現(xiàn)電磁兼容，達(dá)到國際電磁兼 容標(biāo)準(zhǔn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實用新型目的是為了解決現(xiàn)有交流驅(qū)動系統(tǒng)在運行過程中產(chǎn)生的共模電壓和 軸承電流等電磁干擾造成電機驅(qū)動系統(tǒng)可靠性下降、故障率增高、電機壽命減少，無法達(dá)到 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的問題，提供了一種無源/有源抑制裝置，抑制交流驅(qū)動系統(tǒng)中的共模電壓 和軸承電流。為了達(dá)到較好的效果，綜合考慮有源和無源濾波抑制技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)中干擾源 的產(chǎn)生機理與電磁干擾傳播路徑，合理設(shè)計濾波裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，給出整個參數(shù)設(shè)計的過程， 最終目的在于使交流電機驅(qū)動系統(tǒng)達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0008] 本實用新型所述交流驅(qū)動系統(tǒng)共模電壓和軸承電流無源/有源抑制裝置，包括交 流電源、整流器、逆變器、長線電纜和電機，交流電源的交流電輸出端與整流器的交流輸入 端相連，整流器的直流輸出端與逆變器的直流輸入端相連，逆變器的交流逆變輸出端通過 長線電纜為電機提供工作電源；直流母線電容Cl、C2串聯(lián)后、并聯(lián)在整流器輸出的直流母 線上，直流母線電容C1、C2的連接點為該直流母線的鉗位中點；
[0009] 還包括有源濾波器和無源濾波器；有源濾波器的輸入端連接逆變器的逆變交流輸 出端，有源濾波器的輸出端通過長線電纜與電機相連；無源濾波器的輸入端連接整流器的 交流輸入端，無源濾波器的輸出端連接交流電源的交流電輸出端；
[0010] 有源濾波器的鉗位指令輸出端與直流母線的鉗位中點相連，無源濾波器的消干擾 指令輸出端與電機的中性點相連。
[0011] 本實用新型的優(yōu)點：本實用新型所述交流驅(qū)動系統(tǒng)共模電壓和軸承電流無源/有 源抑制裝置采用兩個EMI濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是在傳統(tǒng)的有源濾波器的基礎(chǔ)上進行的改進， 綜合考慮有源濾波器和無源濾波器各自的優(yōu)點進行設(shè)計。有源濾波器用于抑制交流驅(qū)動系 統(tǒng)逆變器輸出側(cè)與電機之間的共模電壓，進而抑制電機軸電壓、軸承電流。無源濾波器的作 用有兩個：一是用于抑制交流驅(qū)動系統(tǒng)整流器交流輸入側(cè)的共模電壓，進一步降低整個系 統(tǒng)的傳導(dǎo)電磁干擾；二是防止由系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾污染電網(wǎng)。本實用新型提出的由兩個濾波 器結(jié)構(gòu)組成的無源/有源濾波器拓?fù)涔餐饔?，抑制交流?qū)動系統(tǒng)中的共模電壓、軸承電 流、漏電流等，整體達(dá)到系統(tǒng)傳導(dǎo)電磁干擾不超標(biāo)。
[0012] 本實用新型相比于傳統(tǒng)交流驅(qū)動系統(tǒng)傳導(dǎo)電磁干擾抑制方法，不局限于單獨采用 一種形式的濾波器拓?fù)?。在系統(tǒng)中，對電機影響較大的是逆變器輸出側(cè)的共模電壓，而且影 響電機壽命的軸電壓和軸承電流等均是由共模電壓造成的，此處采用有源濾波器的優(yōu)點有 兩個：一是不需要大體積（由于主電路上的基波電壓和電流大）的儲能元件來濾除紋波能 量；二是在傳導(dǎo)干擾的頻率范圍內(nèi)，噪聲信號頻率較高，如果采用無源濾波器來補償差模噪 聲難度比較大，不僅會增加系統(tǒng)的成本，而且效果也不好，所以有源濾波的方式來抑制電機 系統(tǒng)的共模噪聲比較合適，既不影響系統(tǒng)本身在工頻時的正常運行，又能有效抑制系統(tǒng)的 傳導(dǎo)干擾強度。電路中有源和無源濾波器的結(jié)合應(yīng)用，兩個濾波器結(jié)合起來的效果好于單 獨使用有源濾波器。在考慮濾波器連接方式時，接入了整流器交流輸入側(cè)、直流母線鉗位中 點、電機側(cè)、電機中性點，所以在抑制傳導(dǎo)電磁干擾的同時，也消除了系統(tǒng)產(chǎn)生的一些負(fù)面 效應(yīng)，包括共模電壓、電機軸電壓、軸承電流、漏電流等。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型所述交流驅(qū)動系統(tǒng)共模電壓和軸承電流無源/有源抑制裝置的 原理框圖；
[0014] 圖2是有源濾波器的具體電路圖；
[0015] 圖3是無源濾波器的具體電路圖；
[0016] 圖4是采用傳統(tǒng)交流驅(qū)動系統(tǒng)測量的共模電壓和軸電壓曲線圖；其中曲線A為共 模電壓曲線圖，曲線B為軸電壓曲線圖；
[0017] 圖5是采用傳統(tǒng)交流驅(qū)動系統(tǒng)測量的軸承電流和漏電流曲線圖；其中曲線A為軸 承電流曲線圖，曲線B為漏電流曲線圖；
[0018] 圖6是采用傳統(tǒng)交流驅(qū)動系統(tǒng)傳導(dǎo)電磁干擾發(fā)射曲線圖；
[0019] 圖7是采用本實用新型所述交流驅(qū)動系統(tǒng)共模電壓和軸承電流無源/有源抑制裝 置的共模電壓和軸電壓曲線圖；其中曲線A為共模電壓曲線圖，曲線B為軸電壓曲線圖；
[0020] 圖8是采用本實用新型所述交流驅(qū)動系統(tǒng)共模電壓和軸承電流無源/有源抑制裝 置的軸承電流和漏電流曲線圖；其中曲線A為軸承電流曲線圖，曲線B為漏電流曲線圖；
[0021] 圖9是采用本實用新型所述交流驅(qū)動系統(tǒng)共模電壓和軸承電流無源/有源抑制裝 置的傳導(dǎo)電磁干擾發(fā)射曲線圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0022] 一：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述交流驅(qū)動系統(tǒng) 共模電壓和軸承電流無源/有源抑制裝置，包括交流電源1、整流器2、逆變器3、長線電纜4 和電機5,交流電源1的交流電輸出端與整流器2的交流輸入端相連，整流器2的直流輸出 端與逆變器3的直流輸入端相連，逆變器3的交流逆變輸出端通過長線電纜4為電機5提 供工作電源；直流母線電容C1、C2串聯(lián)后、并聯(lián)在整流器2輸出的直流母線上，直流母線電 容Cl、C2的連接點為該直流母線的鉗位中點；
[0023] 還包括有源濾波器6和無源濾波器7 ;有源濾波器6的輸入端連接逆變器3的逆 變交流輸出端，有源濾波器6的輸出端通過長線電纜4與電機5相連；無源濾波器7的輸入 端連接整流器2的交流輸入端，無源濾波器7的輸出端連接交流電源1的交流電輸出端；
[0024] 有源濾波器6的鉗位指令輸出端與直流母線的鉗位中點相連，無源濾波器7的消 干擾指令輸出端與電機5的中性點相連。
[0025] 本實施方式中，交流驅(qū)動系統(tǒng)中整流器2和逆變器3在對電能進行控制和變換時， 高速開通和關(guān)斷的開關(guān)器件會造成電壓和電流在短時間內(nèi)發(fā)生瞬變，產(chǎn)生的高頻共模電壓 和高頻差模電壓，形成電磁干擾，而且還會在電機轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出很高的軸電壓，產(chǎn)生軸承電 流及漏電流。
[0026] 本實施方式中，有源濾波器6輸入端連接于逆變器3的輸出端，輸出端一部分與電 機5相連，輸出端另外引出一個端子連接于直流母線鉗位中點，這種連接方式的目的有兩 個：一是用于抑制逆變器3輸出側(cè)和電機5之間的高頻共模電壓，進而抑制由共模電壓引起 的電機軸承電流、漏電流等負(fù)面效應(yīng)。無源濾波器7的輸入端連接在整流器2的輸入端，輸 出端的一部分與電網(wǎng)相連接，另外引出一個端子連接在電機5的中性點，用于消除交流驅(qū) 動系統(tǒng)交