电力电子装置电磁兼容研究最新进展

马秀丽

（徐州机电工程学校，江苏 徐州 221000）

0 引言

在电子电力行业中存在的电磁兼容问题极大地制约着其自身的发展，因此，需要对电磁兼容的问题进行分析和研究，减少并且逐渐解决制约因素。

1 功率变流器的电磁干扰技术以及抑制技术

1.1 功率变流器的电磁干扰建模

EMC 中的EMI（电磁干扰）是指在执行应有功能的过程中产生不利于其他系统的电磁噪声，EMI 建模是对电磁干扰所产生的影响的判断，可以对其进行预测，分析并且设计。

1.2 辐射电磁干扰建模

由于电力电子装置中电磁干扰的本身研究比较困难复杂，所以现在对于功率变流器建模的研究进展比较少。在文献［1］中提出了一种关于电源干扰的建模模型：首先建立一个开关电源模型。再通过电路仿真软件PSpice 对实验进行仿真模拟，得到电路的干扰电流和电压，再依据得到的干扰电流和干扰电压计算出开关电源的干扰，再计算出电感器周围的场的分布情况，依照计算得来的场的分布情况再对电路中的仪器位置进行安排。对于功率变流器的EMI 建模现在还存在很多缺陷，还没有很好的解决掉电路元件的辐射。但是在实际情况中，电路元件的辐射影响要大于PCB 布线的辐射影响。

1.3 功率变流器的电磁干扰抑制技术

通过提出“系统共模平衡”的观点，去发展“共模电磁干扰消除技术”，制作出干扰反向抵消的共模干扰变流器。并且用实验在电路中证明。在线路中通过加入一个补偿电压器绕组和一个电容器，对实验线路中原本存在的变流器共模干扰抵消。通过“系统共模平衡”的思想，在电路系统中分别构造出两个相位相反，电位变化相同的两个动态节点来抑制共模干扰的发生。应用人工建造系统稳态节点共模EMI 抑制技术在电路中构建出稳态节点，用来抑制电磁干扰的产生，将实验线路中的储能电感放在电源负极与金属氧化物半导体（MOSFET）的中间，这样就可以有效的避免开关元件与散热器之间的寄生电容对共模干扰的影响，这样就可以极大的减少共模干扰。

2 电机传动器的电磁干扰建模及抑制技术

2.1 电机传动器的电磁干扰建模

对于电机传动器的研究方式和上述对于功率变流器有着异曲同工之处。对于电机传动器中的电磁干扰噪声源和噪声的传播路径进行了建模分析，分析中指出电机传动器在传动的过程中产生电磁干扰噪声的主要来源和路径。其主要包括有：高功率和开关元件的使用，这些高速元件产生了极大的电磁干扰噪声。其中，对于噪声源进行了主要的建模和分析，并且对其分类，主要有：频域建模和时域建模。频域建模主要是将开关元件变换时产生的电磁波波形将时域转化为频域，再进过一系列的运算，就可以得到电机传动器系统的电磁干扰噪声频谱分布图。而时域建模主要是从系统中产生的电磁干扰噪声的来源出发，这样就可以很快的知晓电磁干扰噪声的来源。两种建模方法各自有着各自的优点，在对电机传动器系统中电磁干扰噪声源分析时，合理使用这两种建模方法对其分析和研究。在电机传动系统中，电磁干扰的主要途径有电机传动器的电机，电线，以及装置之间的连接器和器件之间的电容，对于电机传动系统中电磁干扰的传播途径的分析可以使用测量法和软件模拟仿真法进行分析。这样就能够从源头有效的减少电磁干扰的影响[2]。

2.2 电机传动器的电磁干扰抑制技术

电机传感器在进行使用的时候总会产生一些不同程度的电磁干扰，这种状况的出现就会对传感器的使用造成困扰，电磁干扰又分为两种，共模干扰和差模干扰，是电机在使用过程中产生的两种主要的干扰，电机传感器主要是用于处理一些具有高电压和高电流的事物，电流和磁场又是相互依存的，所以会在电流附近产生电磁干扰，本文中出现的EMI 问题主要就是共模干扰，共模干扰的解决办法，包括以下几点[3]。

（1）无源滤波技术。无源滤波技术是一种新式的方法，受到了很多专家学者的推崇，这是因为采用这种技术可以有效地削弱或者消除电动传感器上的电磁干扰，这样就能保证电动传感器的正常运转。在这个技术还没出现之前，为了消除电磁干扰，一般都是采用EMI 滤波技术，实行这项技术的核心设备就是EMI滤波器，这个滤波器有两个接线柱，可以双向接通，用于处理高压电。在电流输入端，电压和电流都是很大的，这样就会产生大量的电磁干扰，所以该滤波器的主要作用就是降低输入端的电压和电流，然后以一个低一点的恒压再输出来，这样也能有效的降低电磁干扰，但是采取这种方法需要考虑的因素太多，比如说在进行该项操作的时候还要先对EMI 滤波器的体积和重量进行考虑，这样就会不仅提高技术难度，而且实施过程就会变得更加复杂，会消耗更多的人力物力。无源滤波技术，可以有效地解决这些问题，这种技术不仅实施起来更加简便，而且还综合了EMI 滤波技术的优点，实用性和综合性都要比EMI 滤波技术强的多，这种新式方法可以多多采用到现实施工中去[4]。

（2）有源滤波技术。相比无源滤波器来说，有源滤波器的体积要小得多，所以该滤波器受到的电磁干扰也要小得多，但是其消除滤波的效果并不差，且从主管角度来看，它和无源滤波器各具优势，效果都不错。有源滤波器的主要作用原理就是能将多个电容所检测的逆变器输出端共模电压通过反向电压VC 补偿到逆变器输出电缆中，然后就能达到消除共模电压的目的。为了达到最好的效果，可以将无源滤波器和有源滤波器结合起来使用，取长补短，这样才能达到最好的消除干扰的效果[5]。

3 滤波器的寄生效应

寄生效应对滤波器的作用效果有很大的影响，所以要重视对滤波器寄生效应的研究[6]。滤波器的寄生效应就是指绕组寄生电容与绕组电感以及电容器的引线电感与电容器之间的自谐振对滤波器性能所产生的影响，这是滤波器中，很常见的一种问题，采用合适的方法消除滤波器的寄生效应可以提高滤波器的效率，达到更好的效果[7]。

3.1 EMI 滤波器寄生效应建模

对于寄生参数的效应的分析和预测EMI 滤波器的特征，通过测量的方法提出了一种模型，并且对其进行分析。通过对于共模电感的测定与分析，提出共模电感的模型。并且用实验的方式对其进行研究解释介绍怎么样确定共模电感值，共模扼流圈的漏电感[8]。绕组之间的电容以及电阻。对于这些数据的研究都有利于对于改善和创新整个滤波器。在研究过程中进行的仿真实验中，对于滤波器中几种感性和容性耦合现象进行的深入的研究。结果表明，有两种组合方式之间对于提高滤波器的高频性能有着很大的作用，分别为滤波电容器和走线环路间的感性耦合以及电感和地平面之间的耦合，在对于提高滤波器的高频性能研究中，两个电感之间的耦合也对其性能有着很大的影响。其中，采用了参数法对于EMI 滤波器参数进行提取分析。提出了一些能够有效提高滤波器高频性能的有效方法[9]。

3.2 EMI 滤波器寄生参数的抵消技术

对于提高滤波器的高频性能。减小滤波器由于电容器引起的电感影响，无疑是一个解决办法。通过研究提出了对于解决滤波器电容支路所引起的电感抵消其产生的电感效应的方法。在实验中通过消除滤波器中的电容器引线的电感效应，从而减少滤波器的电磁干扰。根据电路网络的知识体系，将滤波器制造为X形，这样就可以有效的抵消掉电容器的ESL 和ESR，从而提高滤波器的高频性能。对于差模电感器EPC 的抵消技术，需要额外的对两个绕组之间的电容进行考虑，而共模电感器的EPC 抵消技术，也存在在不足之处，由于很难保证单独的一个绕组内部的半绕组之间的耦合系数接近1。如果其耦合磁系数不高，达不到1，那么它的EPC 抵消的作用就不会很高。而将一个线圈中的集成电容器消除另外的电容器产生的磁场耦合，这样就可以有效的抵消电容器之间的电感[10]。

4 结论

随着时代的不断发展与进步，对电力电子装置中电磁兼容的研究愈发重要，从其发展历程来看，EMC的研究问题是一个综合性问题，涉及了多方面的知识和理论，虽然说，现在电磁兼容的研究取得了一些进步与成果，但是这一领域还有着很多的未知难题，需要我们进一步对EMC 理论技术进行不断地完善和研究，也需要对其研究方式进行改进和创新，以满足时代的发展与需求。