變頻調速的電磁干擾分析

1 、電磁干擾的概念及途徑

概念：

電磁干擾產生于干擾源，他是一種來自外部和內部的并有損于有用信號的電磁現象。干擾經過敏感元件、傳輸線、電感器、電容器、空間場等形式的途徑并以某種形式作用。其干擾效應、現象普遍存在，形式各異，稱之為傳導干擾。

按帶不帶信息可以分為信息傳導干擾源和電磁噪聲傳導干擾源兩類：

信息傳導干擾源是指帶有的無用信息對模擬通道的干擾。
電磁噪聲傳導干擾源是指不帶任何信息的電磁噪聲對變頻系統的干擾。
 
途徑：

傳導電磁干擾傳輸通道可以分為電容傳導耦合(或稱電場耦合)、電阻傳導耦合(或公共阻抗耦合)及電感傳導耦合(或互感耦合)。

電容傳導耦合是指干擾源和信號傳輸線(包括印制電路線)之間通過導線以及部件的電容互相交鏈而構成的電磁傳導耦合。
電阻傳導耦合是指干擾源和信號傳輸線(包括印制電路線)之間通過公共阻抗上的電流或電壓交鏈而構成的傳導電磁耦合。
電感傳導耦合實質上是磁場耦合。
 
2 數字變頻調速系統電磁干擾問題

數字變頻調速系統中，電阻傳導耦合和電感傳導耦合的表現尤為明顯，主要是參考地的設計、印制線路板的設計和高低壓的隔離，模擬接口電路中易受到功率電路的影響。

DSP的電磁兼容特性主要反映在管腳信號電氣特性上。DSP的輸入輸出信號多數是數字信號，其外部接口電路也多數是數字電路，包括功率器件IPM也工作在開關狀態，整個系統具有明顯的數字電路特征，只有電流反饋環路是模擬信號，通過DSP的片內A／D轉換器將模擬信號轉成數字信號進行處理，再控制PWM的輸出來實現閉環控制。電磁干擾的表現具體分析為以下幾點：
 
(1)瞬態脈沖干擾對數字電路的影響
 
數字信號處理器以二進制碼為基礎。用高、低電平來表示二進制數據，并通過各種電路來描述信號特征，從而達到控制對象的目的。瞬態脈沖干擾將嚴重地影響了數據傳輸和控制狀態，對于數字電路本身雖然具有很強的抗干擾能力，但在高頻率電路中易受到攜帶高能量的脈沖干擾，其干擾部位表現在時鐘發生器、總線數據傳輸、PWM控制信號。IPM內部的IGBT高速工作在開關狀態將產生很強的開關噪聲，通過地線、電源線、分布電容、分布電感的耦合帶入低壓數字電路中，有時嚴重地干擾了TMS320F240數字信號處理器的運算，表現為失控、程序跑飛和死機。
 
(2)分布電感、電容對信號的影響
 
    基于DSP控制的系統設計，控制部分通常選用TMS320F240EVM評估板，控制電路印制板的設計簡化了很多，只有IPM驅動板的電路設計和印制板要仔細地分析信號間的分布電容、分布電感的影響。但要注意考慮的是評估板與驅動板間的信號總線分布電感的影響，他可能會造成信號的延時和加長PWM控制信號的上、下降時間，從而導致IPM模塊中的上、下橋臂IGBT共通，這樣將造成IPM模塊不可恢復的永久損壞。
 
(3)電源對系統的影響
 
電源是多種干擾信號影響系統正常工作的途徑，主要有以下幾點影響：
 
內阻不可能為零，凡是共電源的部分其干擾信號都可以通過電源內阻互竄；電網線上是外部干擾(如：雷電、電磁發射)進入的渠道；電源負載的斷開與接通將在電網上形成很大沖擊，感性負載的沖擊更為嚴重；電源本身將產生許多干擾信號，特別是IGBT高速開關產生的開關噪聲。
 
干擾信號在系統中存在2種形態，即共模與串模干擾信號。在數字系統中常用此來表征干擾作用的存在。串模干擾又稱正態干擾，他是指串聯于信號回路中的干擾，產生于傳輸線的互感，其與頻率有關，常用濾波和改善采樣頻率來減少。共模干擾又稱共態干擾，是干擾電壓同時加到兩條信號線上出現的干擾，因此線路傳輸結構保持平衡能很好地抑制共模干擾。另外，消除地電流，能消除共模干擾，辦法是一點接地或浮空隔離(用脈沖變壓器、扼流圈或光電耦合器截斷地電流)。