安規(guī)電容對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁干擾的抑制

唐吉林 ，杜明星，李 豹，張 剛，魏克新

TANG Ji-lin1 , DU Ming-xing1, LI Bao1, ZHANG Gang2, WEI Ke-xin1

（1.天津理工大學(xué) 天津市復(fù)雜系統(tǒng)控制理論及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384；2.國(guó)網(wǎng)蓬萊市供電公司，山東 265600）

0 引言

電動(dòng)汽車(chē)因具有能源利用率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，使其得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和利用，但電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾能量大、頻帶寬，嚴(yán)重影響汽車(chē)裝置中電力電子設(shè)備的電磁兼容性能[1]。

從相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)看，目前對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁干擾的抑制措施主要集中在系統(tǒng)屏蔽、電路濾波、N點(diǎn)接地、光電隔離等方面上[2]相比之下，對(duì)于安規(guī)電容和扼流圈結(jié)合起來(lái)抑制電磁干擾方面的研究較少。

本實(shí)驗(yàn)搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模型，得到XY電容及其不同連接方式下對(duì)共模干擾/差模干擾（CM/DM）的抑制效果，并通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試驗(yàn)證。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 安規(guī)電容

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60384-14規(guī)定，安規(guī)電容分為X電容和Y電容，按照允許的峰值脈沖電壓，X電容可以分為X1、X2、X3；按照額定電壓范圍，Y電容可以分為Y1、Y2、Y3、Y4。XY電容結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 XY電容結(jié)構(gòu)

安規(guī)電容與扼流圈的連接方式主要有三種：X電容與差模扼流圈在前，Y電容與共模扼流圈在后；Y電容與共模扼流圈在前，X電容與差模扼流圈在后；XY電容典型連接方式。其中XY電容典型連接方式如圖2所示。

圖2 XY電容典型連接方式

圖1和圖2中C1，C2為X電容；CY1，CY2為Y電容；L1為共模扼流圈，L2，L3為差模扼流圈。

1.2 共模/差模干擾計(jì)算

圖3 計(jì)算等效模型

圖3中R1、R2為50 Ω固定電阻，VR1，VR2分別為L(zhǎng)ISN測(cè)得的直流側(cè)干擾電壓值，由圖可得到：

所以，由式(1)可得共模電壓VCM和差模電壓VDM為：

1.3 標(biāo)準(zhǔn)限值

國(guó)標(biāo)GB9254-1998[3]規(guī)定，工業(yè)環(huán)境中的EUT為B級(jí)，其傳導(dǎo)干擾限值如表1所示。

表1 B類(lèi)待測(cè)設(shè)備電源端子傳導(dǎo)騷擾限值

2 仿真測(cè)試

2.1 仿真模型

在saber中調(diào)用相應(yīng)的元器件，考慮支撐電容和連接母排寄生參數(shù)的影響，搭建電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型，如圖4所示。

圖4 saber仿真模型

2.2 仿真結(jié)果

2.2.1 系統(tǒng)電磁干擾

模型中設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，根據(jù)式(2)，運(yùn)用軟件中自帶的波形計(jì)算器，由系統(tǒng)中直流側(cè)L、N線(xiàn)的混合干擾計(jì)算得到CM/DM干擾，如圖5所示。

仿真結(jié)果表明，電機(jī)控制系統(tǒng)的電磁干擾強(qiáng)度較大，混合干擾分離后看出CM在50～85dBuV之間，DM在30～65dBuV之間，均超過(guò)了規(guī)定限值，且系統(tǒng)中的電磁干擾以共模干擾為主。

圖5 系統(tǒng)的CM/DM干擾

2.2.2 加X(jué)Y電容

將XY電容和扼流圈按照三種不同連接方式分別接入仿真模型中的高壓直流側(cè)，計(jì)算得到相應(yīng)的CM/DM干擾如圖6所示。

圖6 XY電容不同連接方式下的CM/DM干擾

仿真結(jié)果表明，三種連接方式都可以降低系統(tǒng)的共模/差模干擾，且對(duì)高頻干擾（1MHz以上）的抑制效果相差不多，對(duì)低頻干擾（1MHz以下）來(lái)說(shuō)，前兩種連接方式的抑制效果差不多，典型連接方式抑制效果最好。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

根據(jù)GJB152A-97[4]中CE102測(cè)試的要求搭建測(cè)試平臺(tái)，如圖7所示。

圖7 測(cè)試平臺(tái)

圖7(a)中數(shù)字1為直流電源，數(shù)字2為干擾提取器，數(shù)字3為XY電容（典型連接方式如b），數(shù)字4為DC/AC逆變器，數(shù)字5為電動(dòng)機(jī)，數(shù)字6為控制器，數(shù)字7為PC機(jī)，數(shù)字8為頻譜分析儀，環(huán)境溫度為23℃，全部測(cè)試在屏蔽室中進(jìn)行。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中直流電源設(shè)置為200V，PWM開(kāi)關(guān)頻率為10kHz，安規(guī)電容選擇型號(hào)為X2、Y1，對(duì)系統(tǒng)初始干擾和加X(jué)Y電容典型連接方式時(shí)直流側(cè)的共模/差模干擾進(jìn)行測(cè)量，如圖8，圖9所示。

圖8 系統(tǒng)初始CM/DM干擾

圖9 接入XY典型連接方式后CM/DM干擾

實(shí)驗(yàn)表明，考慮頻譜儀的衰減保護(hù)作用（Att 10dB），系統(tǒng)共模干擾在50～90dBuV之間，差模干擾在40～70dBuV之間，超過(guò)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許限制；接入XY電容后，共模干擾降低到30dBuV以下，差模干擾降低為20dBuV以下，符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，與仿真結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了XY電容對(duì)系統(tǒng)電磁干擾具有良好的抑制作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文建立了基于仿真軟件saber的電機(jī)控制系統(tǒng)模型，考慮支撐電容與連接母排的寄生參數(shù)影響，仿真得到了系統(tǒng)直流側(cè)初始干擾，分別接入XY電容不同連接方式下的共模/差模干擾，通過(guò)在屏蔽室中搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試，驗(yàn)證了仿真數(shù)據(jù)的可靠性，證明了XY電容對(duì)系統(tǒng)電磁干擾具有良好的抑制作用，具有重要的工程實(shí)際意義。

[1]孫宏.電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)電磁干擾研究[D].重慶大學(xué).2012.

[2]馬偉明,張磊,孟進(jìn).獨(dú)立電力系統(tǒng)及其電力電子裝置的電磁兼容[M].科學(xué)出版社.2007.

[3]GB 9254-1998.信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值和測(cè)量方法[S].電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù).

[4]GJB151A-97/GJB152A-97.軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S].CE102電源傳導(dǎo)發(fā)射.

[5]王鳳琥,孫躍東.電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)方案研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化.2012.

[6]董明承.電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率回路電磁干擾及抑制研究[D].北京理工大學(xué).2015.

[7]李博.Y電容位置對(duì)航天DC_DC變換器傳導(dǎo)干擾的影響[J].通信電源技術(shù).2011.

[8]Xun Gong.Comparison and Reduction of Conducted EMI in SiC JFET and Si IGBT-Based Motor Drives[J].IEEE transactions on power electronics,2014,29(4).