关注电磁干扰:减少来自三相驱动器的EMI

电磁干扰电磁干扰(EMI)是由一台电子或电气设备发出的干扰其他设备运行的不需要的电信号组成的。电磁干扰可以传导或辐射。一般来说，电磁干扰出现的频率高于辐射设备运行(基带)所涉及的电流的正常频率。
例如，三相电机/驱动装置的正常运行频率在几十或几百赫兹。然而，在驱动器内部，开关频率为pulse-width-modulated(PWM)逆变器可能在几十千赫兹或更高。此外，由于逆变器末级igbt的快速开关，电感和电容效应可导致电流快速变化引起的射频振铃。当三相基带电流在逆变器和电机之间传输功率时，开关瞬态应该真正留在电磁屏蔽驱动外壳内，理想情况下，射频振铃应该根本不发生。
然而，这些不需要的信号可以并且确实从驱动器外壳中逃脱。除非驱动器设计人员采取措施抑制这些信号，否则它们将以足够高的水平逃逸，干扰附近的设备，并成为EMI滋扰。
传导电磁干扰包括沿电缆和电线传导到直接连接到驱动器的设备中的干扰信号。传导的电磁干扰信号可以沿着携带相控电压的高压电缆，沿着中性回线，通过表面接地的电缆和机箱屏蔽，甚至通过接地总线本身传播。
辐射的电磁干扰以类似于无线电波的电磁波形式从电磁干扰源传播到可能完全断开电的电路和设备。
在所有情况下，电磁干扰信号的强度与感应电流的变化率(一阶导数)直接相关。对于正弦电流，它与峰值电流和频率成正比法拉第定律．此外,傅里叶定理任何周期信号都可以在基频的谐波上分解成一系列正弦波，因此快速变化电流(如PWM逆变器中的开关电流)的高谐波引起的问题最多。
传统的逆变器技术，必须非常迅速地切换大电流，产生巨大的电磁干扰信号。为了抑制它们，驱动器设计人员采用了昂贵的抑制措施，如重屏蔽和EMI抑制滤波器。
本文展示了安川的G7驱动技术如何缓解与大功率电机驱动的PWM逆变器的工业和商业应用相关的EMI问题。这样做是通过大幅降低EMI信号在产生源的强度:逆变器的最后阶段。
480V G7驱动器采用中性点箝位(NPC) 3电平逆变器技术。与传统的2电平逆变器相比，NPC技术的基本行为具有显著的优势。特别是，3电平逆变器具有较小的输出电压步长，从而减少了与电机端子的浪涌电压、电机轴电压和轴承电流、泄漏电流以及其他问题相关的问题。在源处减少这些电流可以减少对笨重和昂贵的EMI抑制的需求。
当逆变器与电机之间的电缆较长时，由于电缆的电压瞬态和分布电感-电容组合较陡，电机端电压高于逆变器端电压。由于3电平逆变器的电压阶跃是2电平逆变器的一半，因此电机端峰值电压明显低于2电平逆变器。
如图1a所示，当向L-C谐振电路施加阶跃电压时，逆变器末级电压的摆动幅度可达输入电压的两倍。这正是在驱动中快速作用的igbt最终驱动感应电机负载时的情况。

图1:在驱动器的最后阶段采用3电平逆变器可显著降低电压尖峰。

的超调幅度E加到原电压上E，使得峰值高达2E．
与图1b的情况相比，3级NPC逆变器的电压跳变为0.5E的原电压相加E，峰值为1.5E．
高dv / dt共模电压导致泄漏电流从电缆和电机绕组的导体通过这些组件中的寄生电容流到地面。这些泄漏电流对安装在逆变器附近的设备造成噪音问题。它还与辐射的电磁干扰噪声水平密切相关。
由于共模电压步长较小，3电平逆变器的漏电流比2电平逆变器的漏电流小得多。更小的步骤意味着按比例减少EMI产生。减少的电磁干扰产生使得用较少的激进抑制努力实现更好的电磁干扰性能成为可能。再加上提高绝缘寿命和减少轴承磨损的额外好处(见“

开关瞬态如何降低电机寿命

)使G7驱动系列成为大功率电机安装的卓越解决方案。
有关变速驱动器的EMI问题的更多信息，请参阅咨询编辑Frank J. Bartos, P.E.在2008年6月号的“驱动器的沉默”控制工程．你也可以在这里下载这篇文章的播客形式。

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