变频电机驱动系统传导电磁干扰与抑制研究

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变频电机驱动系统具有工作效率高、系统损耗小和动态响应快的优点。随着节能减排理念逐渐被人们所接受以及国家相关法律法规的逐步规范,变频电机驱动系统在家用电器行业中的使用越来越广泛,随之带来的谐波电流和传导电磁干扰问题也日益得到人们的重视。本文以水泵电机驱动装置为例,对变频电机驱动系统的传导电磁干扰及抑制方法进行了研究。本文首先对变频电机驱动系统的传导电磁干扰机理进行了分析。针对传统变频电机驱动系统所具有的谐波电流大、功率因数低的问题,介绍了加入一级Boost功率变换电路后变频电机驱动系统的整体结构。接着,对变频电机驱动系统的前级Boost PFC和后级三相电机驱动电路的工作原理进行了简要介绍。然后,通过分别对前级Boost PFC和后级三相电机驱动电路的传导干扰产生机理、传导干扰电流导通路径及抑制方法的分析,建立了前、后级电路的传导干扰等效电路模型,进而建立了变频电机驱动系统的总传导干扰等效电路模型。接着,本文对EMI滤波器中关键元器件的建模进行了研究,分别建立了共模扼流圈和安规电容的共模、差模高频等效模型。针对共模扼流圈共模阻抗频率非线性的特点,提出了一种改进的Foster网络级联模型。并通过多组对比测试,详细分析了影响共模扼流圈阻抗频率特性的相关因素,提出了优化共模扼流圈阻抗频率特性的若干方法。最后,本文通过实验测试对变频电机驱动系统的传导干扰噪声进行了分析。并以常用的两级EMI滤波器为例,建立了其高频等效电路模型,推导了其传导干扰电压插入增益表达式并进行了仿真验证。在此基础上,提出了一种改进的EMI滤波器设计方法,并自行绕制电感,进行了对比实验验证了该设计方法的有效性。
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