pwm 电机驱动系统传导干扰机理分析

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1、PWM电机驱动系统传导干扰机理分析Time:2010-06-0711:07:30  Author:  Source:中电网1．引言由于PWM技术应用于电机驱动系统中，功率变换器采用MOSFET、IGBT、可关断晶闸管等开关器件。为了得到更好的电机系统控制性能指标，开关器件的工作频率就越来越高，在开关和关断的瞬间产生很大的电压和电流变化率，这就是强电磁干扰（EMI）产生的原因，远远超出了现在电磁兼容标准规定的允许值。产生的电磁干扰主要是以传导的形式进行传播的，机理分析是数学模型建立的基础，因此机理分析对于PWM电机驱动系统传导干扰

2、的研究具有重要意义。国内外有很多文献在这方面做了一定的研究，文献[1]针对IGBT的高du/dt给电力电子装置带来的严重共模电磁干扰问题,深入分析了Buck电路的共模干扰。文献[2]以电路理论为基础，建立了单端正激式变换器中，由功率MOSFET的漏极与接地散热器之间寄生电容所形成的输入端共模干扰分析模型。这里就不一一介绍了，本文的机理分析将电机驱动系统作为一个整体来研究，这在文献中很少发现。2．传导干扰机理分析下面分三个部分来分析，首先介绍所研究的实际系统的主电路，然后分析共模传导干扰的机理，最后分析差模干扰的机理。2.1PWM

3、驱动电机系统主电路要研究的系统主电路原理图如图1所示，现简单说明其工作原理。三相交流电压经三相不可控整流桥整流产生直流电压Ud，经电容C滤波后仍有微小的脉动，一般可近似认为其值不变。实际上Ud上具有高频成分，由此产生了二极管上压降的波动。而二极管与散热片之间具有高频寄生电容，形成了共模电流流通的回路。后续章节会对其机理详细分析。直流电压经逆变器逆变后形成等效正弦波驱动感应电动机，逆变器采用正弦波脉宽调制（SPWM）技术。逆变器期望输出的波形为正弦波，以期望的正弦波作为调制波，以频率比调制波高得多的等腰三角波作为载波，当载波和调制

4、波相交时，它们的交点作为逆变器开关器件通断的时刻，得到在调制波半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。按照波形面积等效的原则，每一个矩形波的面积与对应位置的正弦波面积相等，因此这个序列的矩形波与期望波等效。这种调制方法称为正弦波脉宽调制（SinusoidalPulseWidthModulation,简称SPWM）[3]。这种序列的矩形波称为SPWM波。三相桥式PWM逆变器输出波形如图2所示。2.2共模干扰分析为了能清晰的分析和理解共模干扰传播路径和干扰形成的过程，有必要对主电路进行简化。但简化要遵守以下原则：（1）不

5、能因为简化而改变实际的干扰传播路径；（2）简化后的主电路不会产生新的干扰源和耦合路径；（3）正确反映实际的干扰情况。其中Cp是IGBT开关管T1的发射极和T4的集电极与地的寄生电容。Cg1、Cg2、Cg3、Cgp是电机绕组与定子机壳的寄生电容。根据开关管T1和T4导通和关断的不同，共模传播路径也有所不同。因此分为四个过程来分析，分别是：T1从关断到开通、T1从开通到关断、T4从关断到开通、T4从开通到关断。按照理想模型T1开通和T4关断是同时的，但在实际中为了防止上下桥臂发生直通，需要一个死区时间，在死区时间内上下桥臂都不导通，

6、工作电流靠续流二极管续流。这四个过程的共模电流的产生与正常工作电流有很大关系，因为工作电流的不同导致U处电压的不同，U处电压的变化导致共模电流的产生。现将四个过程中不同条件下U处电压变化值列于下表。规定工作电流即电机的U相电流流向电机为正由二极管DT4续流，相反为负由二极管DT1续流。（1）、T1从关断到开通图4是T1从关断到开通的瞬间共模电流所经过的路径。D1和D3正向偏置，整流桥导通，在开关T1开通的瞬间，VA=VU=0。U点的电位被瞬间下拉到0电位。共模干扰电流分别经过R1、C1、D1、T1、Cp、Cg1、Cg2、Cg3、

7、Cgp和R2、C2、D3、C4、C3、T1、Cp、Cg1、Cg2、Cg3、Cgp对寄生电容Cp、Cg1、Cg2、Cg3、Cgp进行充电构成回路。U点的电位逐渐上升到Ud/2。T1开通的瞬间也可能是D2、D4正向偏置，但是经过R1、C1、R2、C2的路线是不变的，所以不影响检测到的共模电压频谱。（2）、T1从开通到关断正常工作时T1从开通到关断时，由于电机绕组电感的存在，需要续流通道，因此此时反向二极管DT1和DT4必有一个正向偏置。当二极管DT1正向偏置时U处的电压不发生变化没有共模电流产生，当二极管DT4正向偏置时U处的电压突

8、变到-Ud/2，此时会有寄生电容放电电流的产生。所以只分析DT4正向偏置的情况。共模电流经过的路径图见图5所示。开关管T1关断的瞬间，流经T1的电流突降到0，流向电机电缆中的电流不能断续，因此二极管DT4正向偏置进行续流。VB=VU=-Ud/2，U处的电压瞬间下