第8章電力電子裝置的研制與試驗_LX

1、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電工自動化系信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電工自動化系第八章第八章 電力電子裝置的研制與試驗電力電子裝置的研制與試驗 8.1 電力電子裝置研究流程電力電子裝置研究流程 8.2 研究對象的方案論證研究對象的方案論證 8.3 主電路設(shè)計主電路設(shè)計 8.4 控制系統(tǒng)及輔助電源設(shè)計控制系統(tǒng)及輔助電源設(shè)計 8.5 電磁兼容技術(shù)和措施電磁兼容技術(shù)和措施 8.6 電路仿真電路仿真 8.7 整機調(diào)試與電性能試驗整機調(diào)試與電性能試驗 8.8 結(jié)構(gòu)設(shè)計和例行試驗結(jié)構(gòu)設(shè)計和例行試驗28.1 電力電子裝置的研制流程電力電子裝置的研制流程3q研究對象技術(shù)條件研究對象技術(shù)條件以一個以一個4kW4kW、400Hz400H

2、z的中頻電源為例的中頻電源為例q文獻(xiàn)檢索文獻(xiàn)檢索國內(nèi)期刊國內(nèi)期刊國外期刊國外期刊檢索工具檢索工具q方案論證方案論證主電路方案主電路方案控制電路方案控制電路方案48.2 研究對象的方案論證研究對象的方案論證8.2.1 研究對象的技術(shù)條件研究對象的技術(shù)條件q4kW4kW、400Hz400Hz中頻電源主要技術(shù)性能指標(biāo)中頻電源主要技術(shù)性能指標(biāo)5l 輸入電壓：三相輸入電壓：三相360V400V，50Hz5%l 輸出電壓：單相，輸出電壓：單相，230V2%，400Hz0.5%l 過載能力：過載能力：120額定負(fù)載下能夠正常工作額定負(fù)載下能夠正常工作3分鐘；分鐘；對對2秒鐘之內(nèi)短路故障，有不停機的抗沖擊能力

3、。秒鐘之內(nèi)短路故障，有不停機的抗沖擊能力。l 輸出電壓波形畸變率：總諧波畸變率不超過輸出電壓波形畸變率：總諧波畸變率不超過3%，其中單次諧波畸變率不超過其中單次諧波畸變率不超過2%。l 功率、環(huán)境、絕緣電阻、電氣隔離、電磁兼容功率、環(huán)境、絕緣電阻、電氣隔離、電磁兼容.等等等等8.2.2 文獻(xiàn)檢索文獻(xiàn)檢索q檢索性期刊檢索性期刊q國內(nèi)期刊國內(nèi)期刊q國外期刊國外期刊q方法：方法：通過學(xué)校圖書館通過學(xué)校圖書館中文期刊全文數(shù)據(jù)庫中文期刊全文數(shù)據(jù)庫及及外文外文IEEE/IEE Electronic Library進(jìn)行檢進(jìn)行檢索查詢索查詢。68.2.2 文獻(xiàn)檢索（續(xù)）文獻(xiàn)檢索（續(xù)）q檢索性期刊檢索性期刊7l

4、電工文摘雙月刊電工文摘雙月刊 機械部北京綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所主機械部北京綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所主編編l科學(xué)文摘（科學(xué)文摘（Science Abstracts） 英國電氣工程師協(xié)會英國電氣工程師協(xié)會IEE(The Institution of Electrical Engineers)主編，主編，其中與電力電子專業(yè)相關(guān)的分輯有：其中與電力電子專業(yè)相關(guān)的分輯有： 物理文摘物理文摘（科學(xué)文摘（科學(xué)文摘A輯）輯）PA Physics AbstractsScience Abstracts, Series A 電氣與電子學(xué)文摘電氣與電子學(xué)文摘（科學(xué)文摘（科學(xué)文摘B輯）輯）EEA Electrical and E

5、lectronics Abstracts Science Abstracts, Series B 計算機與控制文摘計算機與控制文摘（科學(xué)文摘（科學(xué)文摘C輯）輯）CCA Computer and Control Abstracts Science Abstracts, Series C8.2.2 文獻(xiàn)檢索（續(xù)）文獻(xiàn)檢索（續(xù)）q國內(nèi)期刊國內(nèi)期刊8l電力電子技術(shù)（月刊）電力電子技術(shù)（月刊）由西安電力電子研究所、中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會主辦由西安電力電子研究所、中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會主辦l電氣傳動（月刊）電氣傳動（月刊）由天津電氣傳動設(shè)計研究所、中國自動化學(xué)會主辦由天津電氣傳動設(shè)計研究所、中

6、國自動化學(xué)會主辦l中國電機工程學(xué)報（旬刊）中國電機工程學(xué)報（旬刊）由中國電機工程學(xué)會主辦，國家自然科學(xué)基金資助，由中國電機工程學(xué)會主辦，國家自然科學(xué)基金資助，EI索引索引l電力系統(tǒng)自動化（半月刊）電力系統(tǒng)自動化（半月刊） 國家電力公司國家電力公司 ，電力自動化研究院主辦，電力自動化研究院主辦， EI索引索引l電源技術(shù)應(yīng)用（月刊）電源技術(shù)應(yīng)用（月刊） 由中國電源學(xué)會、陜西省電源學(xué)會主辦由中國電源學(xué)會、陜西省電源學(xué)會主辦等等等等8.2.2 文獻(xiàn)檢索（續(xù)）文獻(xiàn)檢索（續(xù)）q國外期刊國外期刊9lIEEE工業(yè)應(yīng)用匯刊工業(yè)應(yīng)用匯刊（IEEE Transaction on Idustry Applicatio

7、ns） 雙月刊雙月刊(bimonthly)，由美國電氣與電子工程師協(xié)會，由美國電氣與電子工程師協(xié)會IEEE（Insititute of Electrical and Electronics Engineers）主辦。）主辦。lIEEE功率電子學(xué)匯刊功率電子學(xué)匯刊(IEEE Transaction on Power Eletronics) 雙月刊，由美雙月刊，由美IEEE主辦。主辦。lToshiba Review (日日) 東芝評論東芝評論等等等等l中文數(shù)據(jù)庫中文數(shù)據(jù)庫l外文數(shù)據(jù)庫外文數(shù)據(jù)庫8.2.2 文獻(xiàn)檢索（續(xù)）文獻(xiàn)檢索（續(xù)）q國內(nèi)期刊檢索數(shù)據(jù)庫頁面國內(nèi)期刊檢索數(shù)據(jù)庫頁面128.2.2 文獻(xiàn)

8、檢索（續(xù)）文獻(xiàn)檢索（續(xù)）q國外期刊檢索數(shù)據(jù)庫頁面國外期刊檢索數(shù)據(jù)庫頁面138.2.3 方案論證方案論證q主電路主電路14l電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) ：ACDCAC方案，調(diào)制方式的選擇方案，調(diào)制方式的選擇l開關(guān)器件開關(guān)器件 ：估算電流、電壓：估算電流、電壓 、調(diào)制、開關(guān)頻率、調(diào)制、開關(guān)頻率 - IGBT l緩沖電路緩沖電路： 4kW的功率的功率-能耗緩沖電路能耗緩沖電路q控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)l控制策略控制策略：波形控制；電壓平均值反饋和瞬時波形控制；電壓平均值反饋和瞬時值反饋相結(jié)合值反饋相結(jié)合 l保護(hù)策略保護(hù)策略：限流記憶性封鎖：限流記憶性封鎖8.2.3 方案論證（續(xù)）方案論證（續(xù)）q主電路主電路15l單相

9、全橋、輸入單相全橋、輸入/輸出濾波（共模、差模、陷波）輸出濾波（共模、差模、陷波） 起起/停環(huán)節(jié)、緩沖停環(huán)節(jié)、緩沖8.2.3 方案論證（續(xù)）方案論證（續(xù)）q控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)16lSPWM硬開關(guān)硬開關(guān)l電壓平電壓平均值反均值反饋與瞬饋與瞬時值反時值反饋相結(jié)饋相結(jié)合合l限流記限流記憶封鎖憶封鎖保護(hù)保護(hù)q輸出濾波器輸出濾波器q輸出變壓器輸出變壓器鐵芯選擇鐵芯選擇繞組計算繞組計算窗口占空比窗口占空比q緩沖電流緩沖電流開通緩沖開通緩沖關(guān)斷緩沖關(guān)斷緩沖q直流濾波電路直流濾波電路q主開關(guān)器件選擇主開關(guān)器件選擇178.3 主電路設(shè)計主電路設(shè)計8.3.1 輸出濾波器設(shè)計輸出濾波器設(shè)計q輸出并聯(lián)濾波電容輸出并聯(lián)濾

10、波電容sin40000.66.522cos22300.8COPIAVff=創(chuàng)18l設(shè)計原則設(shè)計原則：在額定負(fù)載時，使容性電流補償一半：在額定負(fù)載時，使容性電流補償一半的感性電流。的感性電流。l選用原則選用原則：50HZ、500V的交流電容用于的交流電容用于400HZ、230V ,降壓使用降壓使用;若電容取值過大，會增加輸出的若電容取值過大，會增加輸出的無功電流，增加變壓器、開關(guān)管的負(fù)擔(dān)無功電流，增加變壓器、開關(guān)管的負(fù)擔(dān)。96.5211.282302400COICFVmwp=創(chuàng)選擇選擇C9=12F8.3.1 輸出濾波器設(shè)計（續(xù)）輸出濾波器設(shè)計（續(xù)）q輸出濾波電感輸出濾波電感22262110.52

11、8(2 )(2 )12 10(2000)LmHCfpp-=創(chuàng)19l設(shè)計原則設(shè)計原則：根據(jù)：根據(jù)LC諧振頻率來選??；一般選取輸諧振頻率來選??；一般選取輸出濾波器的諧振頻率為最低次諧波頻率的出濾波器的諧振頻率為最低次諧波頻率的1/5-1/10。l采用單極倍頻采用單極倍頻SPWM，最低次諧波次數(shù)為，最低次諧波次數(shù)為2P-1次，次，P為半周期內(nèi)單極性波頭數(shù)，本例開關(guān)頻率為半周期內(nèi)單極性波頭數(shù)，本例開關(guān)頻率7.2kHz，P=7200/40018，因此最低次諧波頻率為，因此最低次諧波頻率為14kHz。l取諧振頻率取諧振頻率2kHz(1/7*14000)。變壓器變比變壓器變比k=0.77，折算到原邊的電感，

12、折算到原邊的電感L3為為0.891mH8.3.2 輸出變壓器設(shè)計輸出變壓器設(shè)計設(shè)計設(shè)計輸出輸出變壓器變壓器必須給出以下參數(shù)：必須給出以下參數(shù)：輸出功率、原輸出功率、原邊電壓、電流，付邊電壓、電流，基波頻率和對磁邊電壓、電流，付邊電壓、電流，基波頻率和對磁密余量要求。密余量要求。q鐵芯的選擇鐵芯的選擇20l選擇方法：一般根據(jù)變壓器容量、基波工作頻率對選擇方法：一般根據(jù)變壓器容量、基波工作頻率對比變壓器設(shè)計手冊來初步選取。比變壓器設(shè)計手冊來初步選取。l鐵芯選定后，就可以得到鐵芯相關(guān)的參數(shù)。鐵芯選定后，就可以得到鐵芯相關(guān)的參數(shù)。l本例選擇本例選擇CD40*80*120的的400Hz鐵芯，其視在功率鐵

13、芯，其視在功率為為6.4kVA，磁芯截面積，磁芯截面積Sc=28.5cm2，窗口面積，窗口面積So=76.8cm2，最大磁密，最大磁密Bm=6550Gs，導(dǎo)線電流密，導(dǎo)線電流密度度j=1.45A/mm2。8.3.2 輸出變壓器設(shè)計（續(xù)）輸出變壓器設(shè)計（續(xù)）q繞組的計算繞組的計算21l付邊繞組付邊繞組：由付邊額定輸出電壓，根據(jù)變壓器電壓關(guān)系式計：由付邊額定輸出電壓，根據(jù)變壓器電壓關(guān)系式計算付邊繞組匝數(shù)，計算中磁密選擇算付邊繞組匝數(shù)，計算中磁密選擇80%的最大磁密；根據(jù)付的最大磁密；根據(jù)付邊的額定電流大小及導(dǎo)線允許的電流密度選擇合適的導(dǎo)線，邊的額定電流大小及導(dǎo)線允許的電流密度選擇合適的導(dǎo)線，并驗證

14、導(dǎo)線截面是否符合要求。并驗證導(dǎo)線截面是否符合要求。l原邊繞組原邊繞組：根據(jù)原邊最低輸入電壓值（考慮開關(guān)管壓降、死：根據(jù)原邊最低輸入電壓值（考慮開關(guān)管壓降、死區(qū)引起的電壓損失、基波電流在濾波電感的壓降、漏感的阻區(qū)引起的電壓損失、基波電流在濾波電感的壓降、漏感的阻抗壓降后）、付邊額定輸出電壓得到變壓器變比，再由付邊抗壓降后）、付邊額定輸出電壓得到變壓器變比，再由付邊匝數(shù)確定原邊繞組匝數(shù)；導(dǎo)線選取類似付邊繞組。匝數(shù)確定原邊繞組匝數(shù)；導(dǎo)線選取類似付邊繞組。l通常每個繞組分成左、右兩個相同的線圈組成，原邊繞組左、通常每個繞組分成左、右兩個相同的線圈組成，原邊繞組左、右線圈可以設(shè)計成串聯(lián)或并聯(lián)，但付邊繞組

15、不適合設(shè)計成并右線圈可以設(shè)計成串聯(lián)或并聯(lián)，但付邊繞組不適合設(shè)計成并聯(lián)，因為左右線圈如果不對稱，感應(yīng)的電壓會有差別，產(chǎn)生聯(lián)，因為左右線圈如果不對稱，感應(yīng)的電壓會有差別，產(chǎn)生環(huán)流。環(huán)流。8.3.2 輸出變壓器設(shè)計（續(xù)）輸出變壓器設(shè)計（續(xù)）q繞組的計算繞組的計算22l變壓器電壓關(guān)系式：變壓器電壓關(guān)系式：84.4410rcUfNB S-=q窗口占空比窗口占空比l窗口占空比計算是為了保證設(shè)計的繞組能在所選擇的鐵窗口占空比計算是為了保證設(shè)計的繞組能在所選擇的鐵芯窗口中繞得下。芯窗口中繞得下。l如果簡單的按照導(dǎo)線截面積計算窗口占空比，應(yīng)該在如果簡單的按照導(dǎo)線截面積計算窗口占空比，應(yīng)該在0.5以內(nèi)，控制用小變

16、壓器的窗口占空比則應(yīng)在以內(nèi)，控制用小變壓器的窗口占空比則應(yīng)在0.3以內(nèi)。以內(nèi)。8.3.3 緩沖電路設(shè)計緩沖電路設(shè)計q開通緩沖設(shè)計開通緩沖設(shè)計5402.7200/dOUVLHdiAsdtmm=23l設(shè)計原則：最大輸入電壓下，開通時的設(shè)計原則：最大輸入電壓下，開通時的di/dt值抑制值抑制在開關(guān)管允許的額定值以內(nèi)。在開關(guān)管允許的額定值以內(nèi)。l在母線上串入開通緩沖電感，除了可以抑制開通的在母線上串入開通緩沖電感，除了可以抑制開通的di/dt外，還可以抑制開關(guān)管反并二極管在反向恢復(fù)外，還可以抑制開關(guān)管反并二極管在反向恢復(fù)期間的橋臂電流上升率。期間的橋臂電流上升率。l本例所選本例所選1200V IGBT

17、的的di/dt額定為額定為200A/us，有：，有：l此緩沖電感可以直接用導(dǎo)線繞制成空心電感。此緩沖電感可以直接用導(dǎo)線繞制成空心電感。2oSLNlm=8.3.3 緩沖電路設(shè)計（續(xù)）緩沖電路設(shè)計（續(xù)）qRDCRDC關(guān)斷緩沖設(shè)計關(guān)斷緩沖設(shè)計-6mfisDI .t28.7 1.5 10C =F=0.046F2V2 46824l設(shè)計原則：按總損耗最小原則或者臨界緩沖計算緩設(shè)計原則：按總損耗最小原則或者臨界緩沖計算緩沖電容；沖電容；電阻的取值應(yīng)使得電容電荷在開關(guān)器件開電阻的取值應(yīng)使得電容電荷在開關(guān)器件開通時放電完畢、且產(chǎn)生的附加電流不大，實際電阻通時放電完畢、且產(chǎn)生的附加電流不大，實際電阻功率至少比計算

18、值大一倍，以免溫升過高功率至少比計算值大一倍，以免溫升過高；二極管；二極管選擇快恢復(fù)二極管，其電壓等級與選擇快恢復(fù)二極管，其電壓等級與IGBT相當(dāng)，電流相當(dāng)，電流等級與變壓器原邊電流相當(dāng)。等級與變壓器原邊電流相當(dāng)。2623110.50.047 105407.2 10492dPCU fW-=創(chuàng)創(chuàng)15sR =Wl用用20只只5W/75的金屬膜電阻串并聯(lián)的金屬膜電阻串并聯(lián)組成組成100W/158.3.4 直流濾波電路設(shè)計直流濾波電路設(shè)計25l本裝置中直流濾波電路主要擔(dān)負(fù)低通濾波作用，濾本裝置中直流濾波電路主要擔(dān)負(fù)低通濾波作用，濾除三相整流的除三相整流的6脈動波。脈動波。l設(shè)計原則：設(shè)計原則：濾波電容

19、應(yīng)使得其上的電壓波動幅度在濾波電容應(yīng)使得其上的電壓波動幅度在直流母線電壓的直流母線電壓的0.5%-1%，根據(jù)脈動周期內(nèi)電容上，根據(jù)脈動周期內(nèi)電容上電荷的增量和電壓增量的關(guān)系來計算；如果為電荷的增量和電壓增量的關(guān)系來計算；如果為LC濾濾波，波，L的計算根據(jù)的計算根據(jù)LC諧振頻率為諧振頻率為1/5的脈動頻率來進(jìn)的脈動頻率來進(jìn)行。行。l需要指出的是：即使逆變橋輸入是直流也需要直流需要指出的是：即使逆變橋輸入是直流也需要直流濾波電路，保證器件在開關(guān)過程中直流母線電壓紋濾波電路，保證器件在開關(guān)過程中直流母線電壓紋波比較小，濾波電路計算方法同上，只是脈動頻率波比較小，濾波電路計算方法同上，只是脈動頻率取開

20、關(guān)頻率，如此取開關(guān)頻率，如此L、C的值會小得多。的值會小得多。8.3.5 主開關(guān)器件的選擇主開關(guān)器件的選擇q器件耐流值選擇器件耐流值選擇26l需要綜合考慮：需要綜合考慮：變壓器原方在付方變壓器原方在付方120%過載下的電過載下的電流幅值；并聯(lián)緩沖引起的附加電流；二極管在反向流幅值；并聯(lián)緩沖引起的附加電流；二極管在反向恢復(fù)時間內(nèi)引起的電流沖擊；一定的安全余量?；謴?fù)時間內(nèi)引起的電流沖擊；一定的安全余量。q器件耐壓值選擇器件耐壓值選擇l需要綜合考慮：需要綜合考慮：除了考慮直流母性最高的輸入電壓除了考慮直流母性最高的輸入電壓外，還應(yīng)該考慮線路電感引起的壓降。（即電感的外，還應(yīng)該考慮線路電感引起的壓降。

21、（即電感的磁場能量在開關(guān)關(guān)斷時轉(zhuǎn)換成電容電場能量而引起磁場能量在開關(guān)關(guān)斷時轉(zhuǎn)換成電容電場能量而引起的電壓增量）的電壓增量）22111122822mLICVVV=D D=q抗沖擊負(fù)荷的電路設(shè)計抗沖擊負(fù)荷的電路設(shè)計沖擊負(fù)荷的類型；滯環(huán)瞬時限流電路；短路保護(hù)沖擊負(fù)荷的類型；滯環(huán)瞬時限流電路；短路保護(hù)q過溫保護(hù)過溫保護(hù)q輔助電源輔助電源q驅(qū)動電路驅(qū)動電路q調(diào)壓環(huán)節(jié)調(diào)壓環(huán)節(jié)278.4 控制系統(tǒng)及輔助電源設(shè)計控制系統(tǒng)及輔助電源設(shè)計8.4.1 抗沖擊負(fù)荷的電路設(shè)計抗沖擊負(fù)荷的電路設(shè)計q沖擊負(fù)荷類型沖擊負(fù)荷類型28l變壓器變壓器：合閘的時候變壓器由于鐵芯存在飽和現(xiàn)象，：合閘的時候變壓器由于鐵芯存在飽和現(xiàn)象，可

22、能出現(xiàn)很大的沖擊電流。最不利情況下合閘電流可能出現(xiàn)很大的沖擊電流。最不利情況下合閘電流可達(dá)額定電流的可達(dá)額定電流的58倍。倍。l整流負(fù)載整流負(fù)載：在負(fù)載合閘瞬間，由于濾波電容未經(jīng)充：在負(fù)載合閘瞬間，由于濾波電容未經(jīng)充電，直流輸出電壓電，直流輸出電壓Ud0，相當(dāng)于瞬時短路。這時，相當(dāng)于瞬時短路。這時不僅存在變壓器空載合閘沖擊電流，而且存在變壓不僅存在變壓器空載合閘沖擊電流，而且存在變壓器合閘短路沖擊電流，是最常見且最惡劣的沖擊負(fù)器合閘短路沖擊電流，是最常見且最惡劣的沖擊負(fù)荷荷 。l沖擊負(fù)荷雖然出現(xiàn)時間不長，但都可能損壞器件，沖擊負(fù)荷雖然出現(xiàn)時間不長，但都可能損壞器件，如果直接采用記憶封鎖脈沖的保

23、護(hù)方法，如果直接采用記憶封鎖脈沖的保護(hù)方法，那么此類那么此類負(fù)荷始終無法投入負(fù)荷始終無法投入；如果加大開關(guān)管電流定額，裝；如果加大開關(guān)管電流定額，裝置的成本加大。置的成本加大。8.4.1 抗沖擊負(fù)荷的電路設(shè)計（續(xù)）抗沖擊負(fù)荷的電路設(shè)計（續(xù)）q滯環(huán)瞬時限流電路滯環(huán)瞬時限流電路29l原理原理：逆變器主電路處于續(xù)流狀態(tài)時輸出電流自然：逆變器主電路處于續(xù)流狀態(tài)時輸出電流自然減小。減小。l優(yōu)點優(yōu)點：存在較大沖擊電流時，電源始終工作在極限：存在較大沖擊電流時，電源始終工作在極限工作電流附近，可保證不停機。故障排除后，可自工作電流附近，可保證不停機。故障排除后，可自動恢復(fù)正常運行狀態(tài)，且恢復(fù)時間短動恢復(fù)正常

24、運行狀態(tài)，且恢復(fù)時間短 。l實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法：滯環(huán)比較器滯環(huán)比較器8.4.2 過溫保護(hù)：溫度開關(guān)，延時保護(hù)。過溫保護(hù)：溫度開關(guān)，延時保護(hù)。8.4.3 輔助電源：單端反激電源（考慮幾路輸輔助電源：單端反激電源（考慮幾路輸出，功率大小）出，功率大小）8.4.4 驅(qū)動電路：驅(qū)動電路：EXB841 8.4.5 調(diào)壓環(huán)節(jié)調(diào)壓環(huán)節(jié)30l電壓平均值反饋電壓平均值反饋PI調(diào)節(jié)（輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波幅值調(diào)節(jié)（輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波幅值控制電壓控制電壓Vc）l電壓瞬時值反饋電壓瞬時值反饋P調(diào)節(jié)（得到調(diào)制正弦波）調(diào)節(jié)（得到調(diào)制正弦波）q電磁兼容性概念電磁兼容性概念形成電磁干擾的條件形成電磁干擾的條件抑制電磁干擾的原則抑制電磁干

25、擾的原則q常用的抑制電磁干擾的措施常用的抑制電磁干擾的措施用電路和器件抑制；濾波；屏蔽；布線；接地用電路和器件抑制；濾波；屏蔽；布線；接地q電磁兼容性測試電磁兼容性測試q電磁兼容設(shè)計電磁兼容設(shè)計318.5 電磁兼容技術(shù)和措施電磁兼容技術(shù)和措施8.5.1 電磁兼容性的概念電磁兼容性的概念32n 電磁兼容電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，簡稱，簡稱EMC，俗稱，俗稱抗干擾），是指干擾可以在不損害信息的前提下與有用信號共存。抗干擾），是指干擾可以在不損害信息的前提下與有用信號共存。n 形成電磁干擾的條件形成電磁干擾的條件 l向外發(fā)送電磁干擾的源向外發(fā)送電磁干擾的源

26、噪聲源；噪聲源；l 傳遞電磁干擾的途徑傳遞電磁干擾的途徑噪聲耦合和輻射；噪聲耦合和輻射；l 承受電磁干擾的客體承受電磁干擾的客體受擾設(shè)備受擾設(shè)備 。n 抑制電磁干擾的原則抑制電磁干擾的原則 l 抑制噪聲源，直接消除干擾原因。這就需要采用合適的電抑制噪聲源，直接消除干擾原因。這就需要采用合適的電路結(jié)構(gòu)和緩沖技術(shù)，使裝置輸入、輸出電流波形好，并使路結(jié)構(gòu)和緩沖技術(shù)，使裝置輸入、輸出電流波形好，并使di/dt和和dv/dt盡可能小。盡可能小。l 消除噪聲源和受擾設(shè)備之間的噪聲耦合和輻射，切斷電磁干消除噪聲源和受擾設(shè)備之間的噪聲耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳遞途徑，或者提高傳遞途徑對電磁干擾的衰減作用。擾

27、的傳遞途徑，或者提高傳遞途徑對電磁干擾的衰減作用。l加強受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力，降低其對噪聲的敏感度。加強受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力，降低其對噪聲的敏感度。 8.5.2 常用的抑制電磁干擾的措施常用的抑制電磁干擾的措施33r電路和器件：電路和器件：反并二極管續(xù)流、反并二極管續(xù)流、RC吸收電路、浪涌吸收器、吸收電路、浪涌吸收器、壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管、光電壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管、光電/變壓器隔離等變壓器隔離等(電壓尖峰）電壓尖峰）。 r 濾波：濾波：專用濾波元件（穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁專用濾波元件（穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)）環(huán)） 、 差模濾波、共模濾波等。差模濾波、共

28、模濾波等。r 屏蔽：屏蔽：良導(dǎo)體制成的屏蔽體適合電場屏蔽；導(dǎo)磁體制成的屏良導(dǎo)體制成的屏蔽體適合電場屏蔽；導(dǎo)磁體制成的屏蔽體適合磁場屏蔽；屏蔽盒、控制機殼通風(fēng)孔大小等。蔽體適合磁場屏蔽；屏蔽盒、控制機殼通風(fēng)孔大小等。r 布線：布線：導(dǎo)線的種類、粗細(xì)、走線方式、線間距、布線對稱性、導(dǎo)線的種類、粗細(xì)、走線方式、線間距、布線對稱性、屏蔽方法以及導(dǎo)線長短、捆扎或絞合方式等對導(dǎo)線的電感、電屏蔽方法以及導(dǎo)線長短、捆扎或絞合方式等對導(dǎo)線的電感、電阻和噪聲的耦合有直接影響。阻和噪聲的耦合有直接影響。一般正、負(fù)直流母線靠近走線一般正、負(fù)直流母線靠近走線 、驅(qū)動線單獨絞線。盡量縮短走線距離。驅(qū)動線單獨絞線。盡量縮短

29、走線距離。r 接地：接地：信號地、控制地、電源地信號地、控制地、電源地 和安全接地，應(yīng)根據(jù)具體和安全接地，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)備的設(shè)計目標(biāo)決定分別采用一點接地、多點接地還是混合接設(shè)備的設(shè)計目標(biāo)決定分別采用一點接地、多點接地還是混合接地方式。為避免接地環(huán)路，必要時還要采用隔離技術(shù)。地方式。為避免接地環(huán)路，必要時還要采用隔離技術(shù)。8.5.3 電磁兼容性測試電磁兼容性測試34l電源線傳導(dǎo)發(fā)射測試：電源線傳導(dǎo)發(fā)射測試：測量電力電子裝置電源線上的傳導(dǎo)發(fā)測量電力電子裝置電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射。射。l電源線傳導(dǎo)敏感度測試：電源線傳導(dǎo)敏感度測試：考核電力電子裝置對注入其電源線考核電力電子裝置對注入其電源線上的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電

30、磁量是否敏感。上的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁量是否敏感。l電源尖峰信號傳導(dǎo)敏感度測試：電源尖峰信號傳導(dǎo)敏感度測試：考核電力電子裝置對注入其考核電力電子裝置對注入其電源線上的標(biāo)準(zhǔn)尖峰信號是否敏感。電源線上的標(biāo)準(zhǔn)尖峰信號是否敏感。l電場輻射發(fā)射測試：電場輻射發(fā)射測試：測量電力電子裝置的電場輻射發(fā)射。測量電力電子裝置的電場輻射發(fā)射。l磁場輻射敏感度測試：磁場輻射敏感度測試：考核電力電子裝置對施加的標(biāo)準(zhǔn)磁場考核電力電子裝置對施加的標(biāo)準(zhǔn)磁場輻射是否敏感。輻射是否敏感。l電源頻率及尖峰信號磁感應(yīng)場輻射敏感度測試：電源頻率及尖峰信號磁感應(yīng)場輻射敏感度測試：考核電力電考核電力電子裝置對子裝置對400Hz磁感應(yīng)場及尖峰信號

31、磁感應(yīng)場輻射是否敏感。磁感應(yīng)場及尖峰信號磁感應(yīng)場輻射是否敏感。l電場輻射敏感度測試：電場輻射敏感度測試：考核電力電子裝置對施加標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的考核電力電子裝置對施加標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輻射電場是否敏感。輻射電場是否敏感。 q濾波電路濾波電路l輸入陷波電路：消除三相整流電路存在的輸入陷波電路：消除三相整流電路存在的3 3次諧波。次諧波。l差模、共模濾波：一般差模衰減倍數(shù)大于差模、共模濾波：一般差模衰減倍數(shù)大于60dB60dB即可；即可；共模電容不能太大，以滿足對人身安全的需要，通常共模電容不能太大，以滿足對人身安全的需要，通常取取0.1uF0.1uF以下。以下。q屏蔽屏蔽l控制電路板和輔助電源板安裝在屏蔽盒；控

32、制電路板和輔助電源板安裝在屏蔽盒；l整機機殼散熱孔均為短笮縫；整機機殼散熱孔均為短笮縫；l機門采用棱簧銅梳簧片使門縫連續(xù)導(dǎo)電，機殼相當(dāng)一機門采用棱簧銅梳簧片使門縫連續(xù)導(dǎo)電，機殼相當(dāng)一個大的屏蔽盒。個大的屏蔽盒。q布線（元部件布局）布線（元部件布局）l每個器件的定位應(yīng)有利于接線、電磁兼容和散熱。每個器件的定位應(yīng)有利于接線、電磁兼容和散熱。358.5.4 電磁兼容設(shè)計（電磁兼容設(shè)計（400Hz中頻電源為例）中頻電源為例）q電路仿真的意義電路仿真的意義初步驗證電路原理和參數(shù)設(shè)計的正確性初步驗證電路原理和參數(shù)設(shè)計的正確性縮短設(shè)計周期、減少設(shè)計費用縮短設(shè)計周期、減少設(shè)計費用q計算機仿真方法計算機仿真方法

33、系統(tǒng)級仿真：系統(tǒng)級仿真：MATLABMATLAB元件級仿真：元件級仿真：PspicePspiceq電路仿真實例電路仿真實例36*8.6 電路仿真電路仿真一、一、 Pspice仿真仿真37l放置所需元件（包括電源）放置所需元件（包括電源）l連接導(dǎo)線連接導(dǎo)線l設(shè)定要執(zhí)行的模擬內(nèi)容設(shè)定要執(zhí)行的模擬內(nèi)容l設(shè)定設(shè)定Probel執(zhí)行模擬執(zhí)行模擬l利用利用Probe觀察模擬結(jié)果觀察模擬結(jié)果*以以Pspice8.0 為例為例q仿真步驟仿真步驟一、一、 Pspice仿真（續(xù)）仿真（續(xù)）38q基于基于Pspice的單相逆變器仿真電路的單相逆變器仿真電路二、二、 MATLAB仿真仿真39l應(yīng)用應(yīng)用matlab進(jìn)行仿

34、真時有兩種方式進(jìn)行仿真時有兩種方式基于命令的方式。即用各種命令輸入系統(tǒng)的模型，并用相應(yīng)的基于命令的方式。即用各種命令輸入系統(tǒng)的模型，并用相應(yīng)的命令進(jìn)行仿真命令進(jìn)行仿真利用利用simulink搭建模型。即用搭建模型。即用simulink中的各種模塊搭建系統(tǒng)中的各種模塊搭建系統(tǒng)模型，并進(jìn)行仿真和結(jié)果輸出觀測。模型，并進(jìn)行仿真和結(jié)果輸出觀測。l應(yīng)用應(yīng)用simulink仿真的一般步驟仿真的一般步驟分析系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在在simulink中搭建系統(tǒng)模型。用框圖表示系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，用中搭建系統(tǒng)模型。用框圖表示系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，用帶方向的連線表示各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。帶方向的連線表示各環(huán)節(jié)的輸

35、入輸出關(guān)系。部分復(fù)雜算法編寫部分復(fù)雜算法編寫s-function或或m-function設(shè)置仿真參數(shù)（時間、步長、誤差）設(shè)置仿真參數(shù)（時間、步長、誤差）仿真，處理仿真結(jié)果仿真，處理仿真結(jié)果*進(jìn)行電路級仿真時，類似進(jìn)行電路級仿真時，類似Pspice，選取模塊，連接，設(shè)置參數(shù)，選取模塊，連接，設(shè)置參數(shù)，仿真。此時，可從仿真。此時，可從Power System Blockset中選取電路模型。中選取電路模型。q仿真方式及步驟仿真方式及步驟二、二、 MATLAB仿真（續(xù)）仿真（續(xù)）40lSimulink子庫是一個建模、分析各種物理和數(shù)學(xué)系統(tǒng)的軟件子庫是一個建模、分析各種物理和數(shù)學(xué)系統(tǒng)的軟件 l含有若干

36、模型庫，可根據(jù)需要選擇。含有若干模型庫，可根據(jù)需要選擇。l進(jìn)行一般的電力電子裝置數(shù)學(xué)模型仿真時，主要采用進(jìn)行一般的電力電子裝置數(shù)學(xué)模型仿真時，主要采用simulink模型庫中的模塊。幾種主要的庫：模型庫中的模塊。幾種主要的庫：信號源庫：信號源庫：包括階躍信號、正弦波、白噪聲、時鐘、常值、包括階躍信號、正弦波、白噪聲、時鐘、常值、文件、信號發(fā)生器等各種信號源文件、信號發(fā)生器等各種信號源輸出庫：輸出庫：包括示波器仿真窗口、包括示波器仿真窗口、MATLAB工作區(qū)、文件等形式的輸工作區(qū)、文件等形式的輸出。出。離散系統(tǒng)庫：離散系統(tǒng)庫：包括延遲，零包括延遲，零-極點，濾波器，離散傳遞函數(shù)，離散極點，濾波器

37、，離散傳遞函數(shù)，離散狀態(tài)空間，零階保持器等。狀態(tài)空間，零階保持器等。線性系統(tǒng)庫：線性系統(tǒng)庫：提供加法器、比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、傳遞提供加法器、比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、傳遞函數(shù)、零函數(shù)、零-極點、狀態(tài)空間等模塊。極點、狀態(tài)空間等模塊。非線性系統(tǒng)庫：非線性系統(tǒng)庫：提供絕對值、乘法、函數(shù)、回環(huán)特性、死區(qū)特性、提供絕對值、乘法、函數(shù)、回環(huán)特性、死區(qū)特性、斜率、繼電器特性、飽和特性、開關(guān)特性等模塊。斜率、繼電器特性、飽和特性、開關(guān)特性等模塊。信號及系統(tǒng)庫：信號及系統(tǒng)庫：包括輸入、輸出、多路轉(zhuǎn)換等模塊，用于和其他模包括輸入、輸出、多路轉(zhuǎn)換等模塊，用于和其他模塊的連接。塊的連接。 qSimul

38、ink簡介簡介二、二、 MATLAB仿真（續(xù)）仿真（續(xù)）41q某系統(tǒng)某系統(tǒng)Simulink下的方框圖模型下的方框圖模型q印制板調(diào)試印制板調(diào)試元器件老化篩選元器件老化篩選印制板基本功能測試印制板基本功能測試q主機調(diào)試主機調(diào)試 試驗保護(hù)電路的可靠性；試驗保護(hù)電路的可靠性； 控制電路與主電路分開供電控制電路與主電路分開供電，主電路電壓逐步加大主電路電壓逐步加大。 監(jiān)視驅(qū)動信號及開關(guān)管的電壓波形：若驅(qū)動波形上有明顯干擾信號，監(jiān)視驅(qū)動信號及開關(guān)管的電壓波形：若驅(qū)動波形上有明顯干擾信號，需調(diào)整走線。若開關(guān)管兩端有較高電壓尖峰，應(yīng)調(diào)整緩沖電路有關(guān)需調(diào)整走線。若開關(guān)管兩端有較高電壓尖峰，應(yīng)調(diào)整緩沖電路有關(guān)參數(shù)

39、。參數(shù)。 注意各部件的溫升注意各部件的溫升q整機調(diào)試整機調(diào)試按照試驗大綱進(jìn)行各項試驗按照試驗大綱進(jìn)行各項試驗428.7 整機調(diào)試與電性能試驗整機調(diào)試與電性能試驗q結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計 機箱的外型尺寸、結(jié)構(gòu)形式按技術(shù)要求確定，機箱的外型尺寸、結(jié)構(gòu)形式按技術(shù)要求確定，并考慮維并考慮維修方便、重心合理。修方便、重心合理。 機箱各個部位的連接要考慮機械強度，機械強度由機械機箱各個部位的連接要考慮機械強度，機械強度由機械設(shè)計人員考慮，減震器一般按設(shè)備總重量考慮。設(shè)計人員考慮，減震器一般按設(shè)備總重量考慮。 元器件的布置應(yīng)有利于接線、電磁兼容性和散熱元器件的布置應(yīng)有利于接線、電磁兼容性和散熱。 機械部件的防腐性

40、。機械部件的防腐性。 機殼的整體屏蔽：機殼的整體屏蔽：機殼散熱孔均為短窄縫，機門采用了機殼散熱孔均為短窄縫，機門采用了棱簧銅梳簧片使門縫連續(xù)導(dǎo)電。棱簧銅梳簧片使門縫連續(xù)導(dǎo)電。r三防處理三防處理 噴三防（噴三防（防鹽霧、防霉、防潮防鹽霧、防霉、防潮）漆）漆438.8 結(jié)構(gòu)設(shè)計和例行試驗結(jié)構(gòu)設(shè)計和例行試驗q例行試驗例行試驗 高溫試驗高溫試驗試驗?zāi)康模涸囼災(zāi)康模涸u定電力電子裝置在高溫環(huán)境條件下的適應(yīng)性。評定電力電子裝置在高溫環(huán)境條件下的適應(yīng)性。試驗要求：試驗要求： 1）環(huán)境條件）環(huán)境條件 工作溫度工作溫度50，試驗時間，試驗時間4h 2）控制電路要求）控制電路要求 外觀完好，結(jié)構(gòu)可靠，電氣性能正常。外觀完好，結(jié)構(gòu)可靠，電氣性能正常。關(guān)鍵：關(guān)鍵：散熱技術(shù)及元器件的老化篩選。散熱技術(shù)及元器件的老化篩選。 低溫試驗低溫試驗試驗?zāi)康模涸囼災(zāi)康模涸u定電力電子裝置在低溫環(huán)境條件下的適應(yīng)性。評定電力電子裝置在低溫環(huán)境條件下的適應(yīng)性。試驗要求：試驗要求： 1）環(huán)境條件：工作溫度）環(huán)境條件：工作溫度0，試驗時間，試驗時間4h 2）檢測要求：外觀完好，結(jié)構(gòu)可靠，電氣性能正常。）檢測要求：外觀完好，結(jié)構(gòu)可靠，電氣性能正常。關(guān)鍵：關(guān)鍵：元器件的篩選以及變壓器加工工藝。元器件的