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1、一体化电机系统中的电磁兼容一体化电机系统中的电磁兼容 电气工程及自动化学院电气工程及自动化学院 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 2 一体化电机系统中的电磁兼容一体化电机系统中的电磁兼容 第6章 一体化电机系统中的电磁兼容概况 第7章 一体化电机驱动系统电磁干扰的特点 第8章 一体化电机系统主要部件高频等效电路的建立 第9章 一体化电机系统传导电磁干扰测试与诊断技术 第10章 一体化电机系统干扰源的数学模型 第
2、11章 一体化电机系统干扰源的抑制 第12章 一体化电机系统EMI滤波器的设计 第13章 电磁兼容设备简介 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 3 第第6 6章章一体化电机系统中的电磁兼容概况一体化电机系统中的电磁兼容概况 6.1一体化电机系统电磁干扰的研究现状分析 6.2一体化电机系统传导干扰研究的热点问题 6.3一体化电机系统瞬态电磁特性研究的热点 6.4一体化电机系统中的负面效应 第第6 6章章 一体化一体
3、化电机系统中的电磁兼容概况电机系统中的电磁兼容概况 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 4 6.16.1一体化电机系统电磁干扰的研究现状一体化电机系统电磁干扰的研究现状分析分析 6. 1 6. 1 一体化电机系统电磁干扰的研究现状分析一体化电机系统电磁干扰的研究现状分析 存在的电磁干扰现象几乎覆盖了电磁兼容领域中所要研究存在的电磁干扰现象几乎覆盖了电磁兼容领域中所要研究 的所有问题（自然的天电干扰除外）。的所有问
4、题（自然的天电干扰除外）。 根据电磁干扰的状态根据电磁干扰的状态：稳态干扰（谐波、传导、辐射）稳态干扰（谐波、传导、辐射） 暂态暂态干扰（静电、浪涌、电压跌落、干扰（静电、浪涌、电压跌落、短时中短时中 断断、电快速瞬变脉冲群以及振铃等、电快速瞬变脉冲群以及振铃等） 从系统的角度：系统自身的干扰 、运行环境的干扰 按噪声的频率：低频传导干扰、高频辐射干扰。 按技术的相关性：系统抗扰度、电磁干扰的传播特性、电磁兼容测 量技术、电磁干扰的抑制技术。 6.1.1 6.1.1 一体化一体化电机系统电磁干扰的覆盖面电机系统电磁干扰的覆盖面 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagn
5、etic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 5 6.1.26.1.2一体化一体化电机系统电磁干扰的研究现状电机系统电磁干扰的研究现状 国内对电气工程领域EMC问题的研究正逐步开展起来，但对一体 化电机系统中变流装置引起的干扰研究还很少。 西安交通大学和天津大学：逆变器输出脉冲电压的反射 浙江大学针：开关电源的EMI问题 南京航空航天大学：单相全桥电路的干扰问题进行了建模和仿真 清华大学：电力电子装置电磁干扰的传播特性做了一些研究 海军工程大学：电机的传导干扰做了一些研究 哈尔滨工业大学
6、：电机系统的共模电压抑制方法 逆变器后长电缆的电压反 射现象 传导干扰的研究 6. 1 6. 1 一体化电机系统电磁干扰的研究现状分析一体化电机系统电磁干扰的研究现状分析 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 6 辐射干扰的研究 辐射干扰：控制驱动器内部的辐射干扰 场线耦合模型 Taylor模型 Agrawal模型 Rachidi模型 三相无损均匀传输线的模型 一体化电机系统中长线电缆模型建立 功率变换器中的散热片
7、的辐射问题 散热片的天线效应 PCB板的EMI问题等 过孔连接、印制线或边缘传输线 6. 1 6. 1 一体化电机系统电磁干扰的研究现状分析一体化电机系统电磁干扰的研究现状分析 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 7 6.2 6.2 一体化电机系统传导干扰研究的热点问题一体化电机系统传导干扰研究的热点问题 6.2 6.2 一体化电机系统传导干扰研究的热点问题一体化电机系统传导干扰研究的热点问题 6.2.1 6.2
8、.1 一体化一体化电机系统传导干扰的特点电机系统传导干扰的特点 一体化电机系统的传导和辐射干扰问题，不仅要妨碍临近设备的正常工作， 而且同时也影响系统中控制和检测单元的稳定运行。 一体化电机系统的传导干扰由于是沿导线传播，比起辐射干扰来说，抑制更 为困难。不同的电机系统，其干扰的强度和频率特性不同，即使同一系统， 采用不同的控制措施，其干扰信号的特性也不同。 更为重要的是在一体化电机系统中主要的传导干扰源基本上都是电力半导体 开关器件(直流电机系统除外，它包括换向器)动作所产生的电压或电流跳变， 往往不只一个，而且可能多个开关同时动作，每个干扰源都是经过调制出来 的系列脉冲串，在脉冲中除了上升
9、沿和下降沿包含有丰富的高次谐波以外， 还包括了开通和关断时产生的高频振荡衰减的波形。 a)调制脉冲串 b)单个脉冲展开形状 一体化电机系统声源波形示意图 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 8 6.2 6.2 一体化电机系统传导干扰研究的热点问题一体化电机系统传导干扰研究的热点问题 6.2.2 6.2.2 一体化电机系统的传导干扰机理分析一体化电机系统的传导干扰机理分析 电机系统元器件繁多，布局复杂，所以器件与器
10、件之间存在着大量的分布参 数，功率器件同装置中其它部分相互耦合可为传导干扰提供传播途径，系统 的布局不同其耦合程度也不同。 功率开关器件的开关运行状态引起系统中各组件间复杂的相互耦合作用就会 形成传导干扰。 共模干扰主要是由于系统功率变换器中的功率半导体开关器件开关动作引起 的du/dt经系统对地杂散电容耦合而传播。 差模干扰则主要是由于功率半导体开关器件开关引起的di/dt经输入输出线间 的导体传播。 共模干扰和差模干扰是可以相互转化的，并不是绝对分开的。 共模电流传输通道的不平衡造成 非本质差模噪声的电路图 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Dri
11、ve & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 9 6.2 6.2 一体化电机系统传导干扰研究的热点问题一体化电机系统传导干扰研究的热点问题 6.2.3 6.2.3 一体化电机系统的建模一体化电机系统的建模 准确有效的模型不仅能用来进行EMI的预测而且有利于滤波器的设计。 目前功率变换器的等效电路模型主要集中在传导干扰频段，传导干扰预测应 用中最基本的预测模式是干扰源加干扰耦合通道。 对干扰源的建模主要有时域建模和频域建模两种方法： 时域建模：用物理元件如开关管、电阻、电感和电容器的相关模型来模拟 EMI
12、发射源。 特点：很容易理解系统的 EMI发射机理； 频域建模：需要通过傅立叶变换将开关器件波形由时域转化成频域，并且以频 域参量表示噪声传播路径的阻抗参数，那么很容易计算得到系统的 EMI噪声频谱分布。 特点：能够快速地预测 EMI频谱，但模型的电路意义不够直观。 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 10 建立系统精确时域模型的步骤 (1)建立功率半导体器件的高频模型。 (2)建立无源器件的高频模型。 (3)提取
13、PCB板的寄生参数并建立高频模型。 (4)将所抽取到的元器件的寄生参数和PCB板的分布参数加入到电路原理图中，构 成完整的可以用于仿真传导EMI的电路模型。 (5)使用电路仿真软件对模型电路进行瞬态分析。其中使用的仿真软件有Saber、 Pspice等。 频域分析方法的主要思想 先推导出干扰源的时域表达式，再得到频域表示式，进而计算出落到线路 阻抗稳定网络上的干扰电压频谱。 例如：有文献从电路的角度介绍了变换器传导电磁干扰集中等效电路的建模方法 ，提出一种简单易行的方法估计变换器的噪声源和内阻抗，通过共模噪声源和共 模内阻抗以及差模噪声源和差模内阻抗来预测滤波器的抑制效果。 6.2 6.2 一
14、体化电机系统传导干扰研究的热点问题一体化电机系统传导干扰研究的热点问题 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 11 南京航空航天大学：全桥开关型变换器电磁干扰模型 运用Cadence软件提取变换器印刷电路板主要印制导线的寄生 参数，结合阻抗测试仪和MATLAB软件提取变换器主要元器 件的寄生参数，并且用Saber进行仿真。 浙江大学：开关电源的传导共模电流分析模型 Boost电路电磁干扰进行了建模（时域模型电路和频
15、域分析模型） 半导体功率器件的高频模型 清华大学：PWM开关电源电磁干扰传播通道的电路模型 西安电子科技大学：高频集总传导干扰的传输线模型 海军工程大学：交流发电机整流系统传导干扰的时域模型 国内的研究学者在建立系统的高频模型方面表现在 ： 6.2 6.2 一体化电机系统传导干扰研究的热点问题一体化电机系统传导干扰研究的热点问题 电磁驱动与控制研究所（电磁驱动与控制研究所（Electromagnetic Drive & Control Lab.Electromagnetic Drive & Control Lab.） 一体化电机系统中的电磁兼容 12 6.2 6.2 一体化电机系统传导干扰研究的热点问题一体化电机系统传导干扰研究的热点问题 6.2.4 6.2.4 一体化一体化电机系统传导干扰测试技术电机系统传导干扰测试技术 一体化电机系统传导干扰测试电路原理图 通常测试系统在一个平面上，标准实验台的高度为八十厘米。实验台上放有接 地板，所有
