舰用变频调速装置传导干扰的抑制对策
张志强1，2， 冀路明2， 庄亚平2， 马守军2， 吴正国1
(1海军工程大学电气与信息学院，湖北武汉430033；2海军装备研究院，北京100161)
摘要：结合舰用变频调速装置传导干扰的特点，从设备论证设计和样机牛产的不同阶段着重分析了变频调速装置传导干扰的各种抑制对策，并将其成功应用于实际装备的生产中。
关键词：变频调速；电磁兼容；传导干扰；电磁干扰
中图分类号：TM 921 文献标志码：A文章编号：16734-540(2010)06-059-05
0 引 言
随着电机调速技术的发展，电力电子变频调速器在舰船电机控制领域的应用越来越广泛。该调速方式具有调速范围宽、效率高、控制方便等优点，但是变频器在进行能量变换的同时也使得输入和输出侧的电压、电流含有丰富的高次谐波。这些高频的噪声信号会于扰其他敏感设备的正工作。另一方面变频器大多运行在恶劣的电磁环境中，其内部由电子元器件、微处理芯片、控制电路等组成，会受到外界的电磁干扰(E]ectru Mag-netic Interference，EMI)。因此，当变频器运行时，既要防止外界的EMI又要防止变频器干扰外界其他设备。EMI的产生需要具备三个条件：第一是干扰源(又称骚扰源)；第二是敏感设备；第三是干扰传输通道或耦合途径[1]。
变频调速装置的大功率开关器件在开关过程中会产生非常高的电流和电压变化率，通过电路中寄生电感和寄生电容产生强烈的瞬态噪声。因此，主电路开关器件和相关电路产生的电磁噪声成为变频调速设备中的主要电磁干扰源。
变频调速装置中电力电子器件开关频率远低于通信系统的信号频率，因此其EMI主要还是集中在传导干扰上。传导干扰的特点如下：
(1)传导干扰主要由差模干扰和共模干扰两部分组成，因此在设计‘电源EMI滤波器时应分清干扰的特性，识别哪些是差模干扰，哪些是共模干扰，从而有针对性地对传导干扰进行抑制。
(2)差模干扰和共模干扰的频率特点。大部分的差模干扰出现在100 kHz以下的频段，而共模干扰通常出现在1 MHz以I：，也可以相对地说差模干扰为低频干扰，共模干扰为高频干扰。而在100 kHz～1 MHz之间既有差模干扰又有共模干扰。因此，在设计电源EMI滤波器来控制传导干扰时，应根据这一特点来设计共模和差模滤波网络，使传导干扰得到有效抑制。
(3)传导干扰的控制标准。传导下扰的控制标准主要分为两大类：一类是军用标准，如
GJBl51A／152A等；一类是民用或商用标准如GB9254等。这两类标准要求的频率范围不同，如GJBl51A／152A巾cEl02是10 kHz～10 MHz，而Gfl9254中传导发射的频率是150 kHz～30 MHz。两类标准的限值电不同，军用标准比民用或商用标准的要求要严格得多。
本文主要讨论舰用变频调速装置的传导干扰问题和相应对策。
1 变频调速装置传导干扰的特点
传导于扰通过导线传输，即通过设备的信号线、控制线、电源线等直接侵入敏感设备，其中传导干扰的传输性质有电耦合、磁耦合及电磁耦合三种。变频调速装置传导干扰的特点如下：
(1)由于电力电子装置的主要电磁干扰源位于功率电路部分，噪声频谱范围非常宽，特别是在低频范围内能达到儿赫兹的频率，这使得采用传统方法，如屏蔽和滤波来抑制电磁噪声变得非常困难。
(2)变频器的控制一般采用脉宽调制(Pulsewldth Modulation，PwM)控制方式，电力电子器件以确定的开关频率进行高速切换，输出高频PwM电鹾脉冲(一般开关频率小于20 kHz)，其产生的EMI频谱会在开关频率整数倍频率点L出现峰值。图1是一典型变频器输入的频谱图，其开关频率为5 kHz，在10、15、20、25、30 kHz等频率点上呈现峰值。
(3)电力电子装置的功率电路部分和控制电路板通常安装于同一个箱体中，而且有时应现场要求，电力电了装置通过数十米长的电缆与其负载相连，由此引发的电磁干扰源与电磁噪声敏感电路之间的电磁噪声传播以传导和近场耦合为主。这种电磁空间与边界条件的不规则和多样使得电磁兼容(Hectr0 Ma印etic compat出mtv，EMc)设计变得异常复杂。
(4)电力电子装置通常要处理很高的功率，导致装罱体积和重量都很大，这给滤波器没计和安装带来一些实际的困难。
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