寄生参数对功率变换器主电路传导电磁干扰影响的研究

【摘要】随着电力电子技术的迅速发展,高频化、大容量成为电子设备的发展方向,功率变换器电磁兼容性问题的研究受到国内外学者和工程师们的广泛的关注。由于变换器工作时产生过大的电磁干扰,这不但会导致其他电子设备的不正常工作,也会在某种程度上影响长期接触人员的健康。并且国际电磁兼容法规对产品的电磁兼容性设定严格的性能指标。为了削弱电气设备间电磁干扰的影响,GB9254-1998规定了工业设备在0.15-0.5MHz频率范围内的传导电磁干扰限值是79dBμV,在0.5-30MHz频率范围内的传导干扰限值是73dBμV。如今对于DC-DC等开关电源研究的成果较多,而对三相变换器的研究相对较少,根据实验室现有实验设备,针对寄生参数对功率变换器主电路的传导电磁干扰的影响,本文进行了以下研究：以三相功率变换器为研究对象,利用阻抗分析仪对系统中电阻、电感、电容等元器件进行测量,并计算了寄生参数,进一步建立了三相功率变换器的高频模型。使用Saber软件模拟仿真,对比分析了电路中的无源寄生参数、IGBT集电极对散热片的寄生电容等参数对差模干扰和共模干扰的影响。对共模干扰作用较大的是IGBT集电极对散热片的寄生电容,仿真结果充分说明了大的电压跳变dv/dt使寄生电容不断的充放电产生很大的干扰电流从而形成了共模干扰。对差模干扰影响较大的是相线回路间的杂散参数,是由于大的di/dt在电路中的杂散电感上产生干扰电压而形成的。此外,利用频谱分析仪对三相功率变换器的电磁干扰进行了实验测量,并对不同的控制算法和开关频率下的电磁干扰进行了比较试验,为控制算法的选择提供依据。由于母线排的寄生电感和开关过程中较大瞬态电流的存在,在IGBT上形成过电压,对IGBT的性能造成一定的损害。本文基于部分元等效电路理论(partialelementequivalentcircuit,PEEC)对功率变换器母线排进行了分析,提取其寄生电感和寄生电阻,并对母线排的结构进行了优化设计。优化后的母线排的寄生参数值较优化前的值降低一个数量级左右。在saber软件中搭建了三相功率变换器的等效电路,从而验证了优化设计的有效性。仿真结果表明母线排的寄生参数的存在使直流侧差模电磁干扰变大。该研究有利于对于功率变换器主电路设计和可靠性分析。
【作者】谢琳琳；
【导师】魏克新；
【作者基本信息】天津理工大学，控制理论与控制工程，2013，硕士
【关键词】功率变换器；电磁干扰；寄生参数；部分元等效原理；母线排；

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