摘 要

伴随着数字电路技术和电力电子技术的发展，各种电子、电气设备经常出现一些电磁干扰问题。因此，电磁兼容设计是现在人们愈来愈关注的问题。变频器在现代社会运用得非常广泛，尤其是电机运转，起重机，压缩机等动力设备，都离不开变频器。一方面，变频器极大改善了这些动力设备的性能，另一方面，由变频器中的功率管所引起的电磁干扰也是应用中的困难问题。电磁干扰种类大致分为传导干扰，辐射干扰。本文研究的是变频器的传导干扰抑制措施。以交直交变频器为例，分析了差模干扰和共模干扰的传导机理，并且从电磁干扰的三个条件出发，提出了几种抑制措施，着重介绍了EMI滤波器的设计和仿真。

得出结论，在共模干扰情况下，以干扰源阻抗为20μH，加入各类型滤波器，通过Matlab仿真,计算插入损耗，得到插入损耗幅频曲线，通过对比发现，只有π型滤波器和CL型滤波器的性能不受干扰源阻抗影响，因此在共模干扰的情况下，π型滤波器和CL型滤波器效果更好，但是CL型滤波器相比于π型滤波器更经济，节约成本。在差模干扰情况下，以干扰源阻抗为20μH，加入各类型滤波器，通过Matlab仿真,计算插入损耗，得到插入损耗幅频曲线，通过对比发现，只有π型滤波器和CL型滤波器的性能不受干扰源阻抗影响，因此在差模干扰的情况下，π型滤波器和CL型滤波器效果更好。通过π型滤波器和CL型滤波器的插入损耗曲线对比，发现高频情况下，π型滤波器的插入损耗要比CL型滤波器大得多，因此高频情况下，采用π型滤波器效果更好。

关键词：电磁干扰，变频器，差模干扰，共模干扰，滤波器

Abstrat

With the development of digital circuit technology and power electronics technology, various electronic and electrical equipment often have some electromagnetic interference problems. Therefore, the electromagnetic compatibility design is the problem that people pay more and more attention to. Inverter is widely used in modern society, especially the motor operation, crane, compressor and other power equipment, can not be separated from the inverter. On the one hand, the inverter greatly improves the performance of these power devices, on the other hand, the electromagnetic interference caused by the power transistor in the converter is also a difficult problem in the application. The types of electromagnetic interference are roughly divided into conduction interference and radiation interference.This graduation thesis studies the conductive interference suppression measures of the frequency converter. Taking AC - DC converter as an example, this graduation thesis analyzes the conduction mechanism of differential mode interference and common mode interference, and starting from three conditions of electromagnetic interference, puts forward several restraining measures, and emphatically introduces the design and simulation of EMI filter.

It is concluded that in the case of common mode interference, with the interference source impedance of 20 μ h, the insertion loss is calculated by MATLAB simulation, and the insertion loss amplitude frequency curve is obtained. through comparison, it is found that only π type filter and cl type filter performance is not affected by interference source impedance, so the effect of π type filter and cl type filter is better under common mode interference, but cl type filter is more economical and cost less than π type filter. In the case of differential mode interference, with the interference source impedance as 20 μ h, the insertion loss is calculated by MATLAB simulation, and the insertion loss amplitude frequency curve is calculated. by comparison, it is found that only π type filter and cl type filter performance is not affected by interference source impedance, so the effect of π type filter and cl type filter is better in the case of differential mode interference. Through the comparison of the insertion loss curve of π type filter and cl type filter, it is found that the insertion loss of π type filter is much larger than the cl type filter in high frequency case, so the effect of π type filter is better in high frequency case.

Key words: electromagnetic interference, frequency converter, differential mode interference, common mode interference, filter

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 电磁干扰原理 2

1.3 本文主要研究内容 2

第2章 变频器传导干扰机理分析 3

2.1 引言 3

2.2 三相变频器系统组成 3

2.3 线路阻抗稳定网络 4

2.4 整流桥产生的传导干扰 5

2.5 逆变桥产生的传导干扰 6

2.6 本章小结 8

第3章 变频器传导干扰抑制措施 9

3.1 干扰源的抑制 9

3.1.1 改变电路拓扑结构 9

3.1.2 改进控制策略 9

3.1.3 优化驱动电路 10

3.2 切断干扰传播途径 10

3.2.1 隔离 10

3.2.2 屏蔽 11

3.2.3 接地 11

3.2.4 滤波 11

3.3 本章小结 12

第4章 基于EMI滤波器的传导干扰抑制 13

4.1 滤波器的种类 13

4.2 插入损耗 13

4.3干扰源对滤波器的影响分析 14

4.3.1 共模干扰源影响 14

4.3.2 差模干扰源影响 15

4.4 本章小结 16

第5章 EMI滤波器分析与仿真 17

5.1 典型的EMI滤波器 17

5.2 EMI滤波器件的选取 18

5.3 共模干扰抑制仿真 18

5.3.1 π型滤波器 18

5.3.2 T型滤波器 19

5.3.3 CL型滤波器 20

5.3.4 LC型滤波器 21

5.4 差模干扰抑制仿真 23

5.4.1 π型滤波器 23

5.4.2 T型滤波器 24

5.4.3 CL型滤波器 25

5.4.4 LC型滤波器 26

5.5 本章小结 27

第6章 总结与展望 28

参考文献 29

附录 30

致谢 33

第1章 绪论

1.1 研究背景

当一个系统满足三个条件时，就认为与其环境电磁兼容(EMC)。一是不对其他系统产生干扰，二是对其他系统的发射不敏感，三是不对自身产生干扰^[1]。电磁兼容设计不但对电子设备的性能来说是重要的，并且设备在全世界各个国家出售以前还必须满足法定要求。尤其是在许多发达国家高度重视电磁兼容问题的情况下。电磁骚扰指的是可能引起设备或系统性能下降的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号，它仅仅是电磁现象，可能引起设备性能的降级或损害，但不一定形成后果^[2]；电磁干扰是指电磁骚扰引起的设备或系统性能的下降。显然，电磁干扰是后果，电磁骚扰是原因或现象。将电磁污染出现的原因，可以分为人为干涉活动和自然环境，人为干涉活动产生的电磁干扰是由于人们为了提高系统性能，在电气或电子系统中使用电力电子设备，而与自然环境原因产生干扰源截然不同。根据电磁兼容的要求，电子、电气产品除了能完成其功能外，还要具有抵抗周围环境电磁污染的能力，并且有充足的裕量。最后，还要不产生超过标准规定的电磁干扰。对于不满足电磁兼容要求的产品是不能投入市场的，一个电子产品无法投入市场，那么即使它的功能再新、在强大，也是没有用的。

到了70年代末期，用数字信号代替模拟信号处理的趋势开始加速。由于开关速度的提升和IC的小型化，几乎所有的电子功能都以数字化实现^[3]，这意味着富含频谱分量的噪声源的密度开始变得很大，所以电磁干扰问题开始增加。然而，早在1933年，国际无线电干扰特别委员会就建立了CISPR标准来处理不断出现的电磁干扰问题。其后，又有美国联邦通信委员会（FFC）要求数字设备的电磁发射低于规定的限值。此外，还有欧洲的EEC系列标准。20世纪80年代以来，已发现了很多新工艺、新材料关于电磁干扰方面的方法。电子系统有两类电磁兼容设计要求，即政府的强制要求和生产商提出的要求。但是满足这两种要求，并不能保证产品不会产生电磁干扰，仅仅是大大减少了电磁污染的量。然而，产品的电磁兼容要求是各种各样的，其中又分为民用产品和军事用品，显然军事用品的要求更加严格。我国在EMC理论和技术的研究方面较西方发达国家起步较晚，在1986年成立了“全国无线电干扰标准化技术委员会”^[4]。我国国家也已经制定并开始实施国标(GB)、军标(GJB)，国内科研机构也建设了EMC实验室，引进了较先进的电磁干扰和电磁敏感度测试设备和系统，这些都有利于我国EMC的研究和发展。