目前，PWM变频器在工业、商业和民用系统中应用越来越广泛，例如电机驱动系统就普遍采用PWM技术。在三相半桥PWM变频器应用中，由于脉冲输出的不对称性，系统中必然存在共模电压。研究表明，PWM变频器产生的高频共模电压及较大的dv/dt给系统带来许多负面效应，如轴电压、轴电流、共模漏电流、电机终端过电压(电机与PWM变频器采用长线电缆引起)和电磁干扰等。 由于电磁兼容标准的强制执行，PWM变频电机驱动系统所产生的电磁干扰也越来越受到人们的重视。为了达到国际电磁兼容标准的要求，电磁干扰滤波器是必不可少的。 本文的主要目标是抑制上文提到的诸多负面效应，经过实验和仿真最后给出两种性能良好的滤波器结构，一个为有源滤波器，另一个为无源滤波器。此工作属于国家自然科学基金的资助项目，基金号为50477009。文中对系统产生的所有负面效应进行了理论分析。实验装置由驱动系统、6千伏安的变频器、4千瓦的感应电机和两个专门针对EMI设计的有源和无源滤波器组成，目的是用来验证滤波器的效果和仿真分析结果的有效性。 为了研究PWM变频电机驱动系统的电磁兼容问题并针对该系统所产生的负面效应采取有效的滤波方法，必须对电磁干扰的发射和传播建立高频模型并进行预测分析，电磁干扰的高频模型包括电磁干扰源和电磁噪声传播途径两部分内容。本文建立了PWM变频感应电机驱动系统的整体模型，给出了三相电源、整流桥和直流侧的高频模型，并提出逆变器和感应电机的新的集总参数高频模型，模型中的高频参数是通过使用LCR分析仪测量得到的，随着PWM变换器开关速度的增加，电机的寄生参数也变得越来越重要，最后利用此模型进行所有负面效应的预测分析。仿真和实验结果均验证了所建模型的精确性。 在仿真过程中，仅采用本文所提出的一个PWM变频感应电机驱动系统的整体模型即可得到共模电流和轴电流的仿真波形，而不再需要其他额外的模型，而且通过此整体模型可以将多数负面效应分析清楚。文中对带有和不带有寄生参数模型的传导电磁干扰均进行了仿真分析，仿真结果表明带有寄生参数模型的PWM驱动电机系统的电磁干扰严重，而不带有寄生参数模型的传导电磁干扰不严重，从而得知电路中存在的高频寄生参数是引起电磁干扰的主要原因。本文还建立了电机的长线电缆高频模型并分析了它对电机终端电压的影响，利用仿真软件Saber对整个系统所建的高频模型进行仿真分析并给出仿真结果。文中给出了软件Saber中所使用的SPWM模型的描述，整个系统在Saber下的执行情况得到分析。对高频电机模型，通过数学的方法计算出共模电压、轴电压、共模电流和轴电流的大小，同时也给出了寄生参数的测量值。 本文提出了单相和三相传导电磁干扰的模型并分析了PWM变频电机驱动系统的电磁干扰传播途径，同时也对电磁干扰的抑制方法进行了评价，并对电磁干扰滤波器进行了建模和分析。文中也讨论了电磁干扰滤波器在阻抗失配情况下的设计方法和指导思想，并对不同结构的滤波器进行了分析，最后得出LC，CL，π，T型滤波器和多阶滤波器应用时所应匹配的源阻抗值和负载阻抗值，并为得到高的插入损耗和低成本的滤波器给出一些有用的关系式。 文中提出了一些有源和无源滤波器结构并给出其设计方法，在第三章中讨论了无源滤波对减小PWM变频电机驱动系统电磁干扰的作用。文中一共提出三个不同结构的无源滤波器并给出它们的设计过程，通过仿真评价了他们对PWM交流感应电机驱动系统负面效应的影响。 本文首先提出了典型电源无源电磁干扰滤波器，并将其分别放在电源侧和感应电机侧，对两种情况的抑制结果进行了比较，比较结果表明电源侧的无源电磁干扰滤波器能够减少交流电机驱动系统的电磁干扰。为了减少PWM交流感应电机驱动系统的其它负面效应，在逆变器的输出侧采用了一个三相共模电感，它可以减少轴承电流和共模电流，此无源滤波器由两个小的共模扼流圈、三个电感和一些小的电阻和电容构成，这是本文提出的第二个无源滤波器。两个共模扼流圈一个放在整流器的输入侧，另一个放在逆变器的输出侧，而且此滤波器需要与电机的非接地中性点相连接。该滤波器体积小、成本低，理论分析和仿真结果均表明该滤波器能有效地消除系统所产生的负面效应，实验结果也验证了其良好的性能。 文中提出的第三个无源滤波器是输入/输出滤波器，它的结构简单而且能有效地减少EMI。最后通过仿真结果比较，第二个所提出的无源滤波器在减少电磁干扰和其它负面效应方面效果更佳，因此这个滤波器被选择做成了样品，试验结果在第六章中给出。本文也讨论了缓冲电路对减少电磁干扰和直流侧干扰的作用并研究了缓冲电路的设计问题，正确设计缓冲电路可以减少电压的变化率，从而减少传导电磁干扰，但是采用缓冲电路不能满足电磁兼容标准的要求。 除上述工作之外，本文还设计了两个不同结构的有源滤波器，文中给出了它们的设计过程、原理分析及应用到系统后的仿真结果。第一个提出的有源滤波器由一个有源共模噪声消除器和一个无源滤波器组成，无源滤波器被接在整流器输入侧和交流电机的非接地中性点之间。对PWM变频电机驱动系统进行该有源滤波器的仿真和实验时，先是仅利用有源共模噪声消除器，看其性能如何，然后将有源共模噪声消除器和无源滤波器一起应用到系统中，将两种方案进行比较，比较结果表明将有源共模噪声消除器和无源滤波器一起应用到系统中时比仅用一个有源共模噪声消除器效果好。 第二个提出的有源滤波器由两个有源共模噪声消除器组成，一个放在整流器输入侧，另一个放在逆变器的输出侧。即使在这种情况下，在整流器前采用一个小电感也是有必要的，因为这可以更大程度地减少差模干扰。本文的研究表明：在各种条件下，应用一个小的无源滤波器对消除EMI都是有帮助的，因为它能抑制掉采用有源共模噪声消除器后剩余的干扰。仿真结果表明尽管采用有源共模噪声消除器能大大地减少电机终端的共模电压，但是理论和实践证明共模电压不能被彻底地消除，因此轴电压、轴承电流和共模电流还存在，还需要额外的方法和滤波器来消除干扰。 对文中提出的两个有源滤波器的仿真和实验结果来看，第一个有源滤波器在抑制负面效应方面性能较好，其中新型电流环的增加进一步提高了该滤波器的性能，新型电流环是通过在电机中性点和整流桥输入侧之间增加一个小的无源滤波器构成的。此有源滤波器仅使用一个共模变压器，因此它的体积比第二个有源滤波器的体积小并且成本也低，而且在消除PWM变频电机驱动系统的负面效应方面性能更好。 最后，将所有提出的电磁干扰滤波器性能及对系统产生的负面效应的影响进行了比较分析，分析结果表明，第二个无源滤波器及第一个有源滤波器的组合应用效果良好。文中在最后一章构建了PWM交流电机驱动系统实验平台，在该系统没有采用任何滤波器的情况下进行了诸多负面效应的测量，然后系统采用上述提出的滤波器后又进行各种负面效应的测试，测试结果表明，利用本文所提出的滤波器可以减少PWM交流电机驱动系统所产生的所有负面效应，利用此实验平台验证了通过建模所预测的负面效应的正确性及所提出滤波器对电磁干扰的抑制效果。从实验结果可以看出，第二个无源滤波器与第一个有源滤波器相比，在减少各种负面效应方面效果较好，但在减少共模电压方面能力较低。这两个滤波器都能有效地减少电磁干扰，并使得PWM交流电机驱动系统达到电磁兼容标准的要求，但是相比之下，有源滤波器在抑制共模电压及电磁干扰方面性能优于无源滤波器。这两个滤波器都有一个共同的部分，就是连接在电机中性点和整流桥输入侧的无源滤波器。实验和仿真结果验证了这个共同部分在轴承电流、共模电流及轴电压减少方面的效果。