电力电子装置共模电磁干扰分析及抑制技术

摘要：电磁干扰问题是电力电子装置在工作过程中经常会出现的一种问题，根据大量的研究发现，电磁干扰问题产生的原因主要与功率开关器件的高速开关动作有关，当功率开关器件产生高速开关动作时，极有可能会引起电力电子装置中电压和电流的瞬间变化，从而也引起了电磁干扰的问题，共模电磁干扰是最常出现的一种电磁干扰。为了能够有效的解决这一问题，本文主要对电力电子装置共模电磁干扰问题及抑制技术进行了深入分析。

关键词：电力电子装置；共模电池干扰；抑制技术

在电力电子装置正常运行的过程中，共模电磁干扰是一种经常出现的问题，这种问题的产生主要与功率开关器件的高速开关动作有关。共模电磁干扰会对负载的正常工作产生极大的影响，如果共模电磁干扰长时间的存在，那么很有可能将会缩短负载的使用寿命，所以为了保障电力电子装置的正常运行，电力电子装置的维护人员必须对共模电磁干扰这个问题进行深入的分析，然后要采用一定的技术和方法抑制共模电磁干扰现象的出现。 1 电磁兼容概述

随着近年来电力电子技术的不断发展，电磁干扰问题已然成为了一个设计电力电子装置时不可忽略的问题。重视电磁干扰问题主要是基于两点，一是由于电力电子技术正处于快速发展的阶段，许多电力电子装置都在追求高频、高速和高灵敏度的目标，但是在追求这些目标的同时，电力电子装置容易受到电磁干扰的问题也逐渐显现了出来，而且如果不加控制，电磁干扰将会对电力电子装置的正常运行产生严重的影响；二是与过去的电力电子装置相比，目前的电力电子装置的功率容量和功率密度都很大，而且由于电网的分布越来越密集，所以如今的电磁环境已经远远无法与过去相比，在各种因素的共同影响之下，如今的电磁环境已经遭受了一定的污染，这也导致了电磁干扰问题频频出现。

为了能够有效解决电力电子装置共模电磁干扰的问题，首先必须明确一个重要的概念，那就是电磁兼容性的概念。电磁兼容性描述的是电力电子装置本身的一种性质，可以从以下两个方面进行理解。第一个方面，当电力电子装置处于电磁环境中时，无论是电力电子装置自身产生的电磁环境还是由外界环境所提供的电磁环境，电力电子装置都能够按照最初的设计要求完成工作，这种电磁敏感度是使电力电子装置不受电磁干扰的重要保障。第二个方面，在电力电子装置正常运行的过程中，电力电子装置自身也会产生一定的电磁干扰，但是电力电子装置所产生的电磁干扰不应对外界的电磁环境造成一定的污染，而且这些电磁干扰也不能对其他的正在运行的电力电子装置产生影响。 2 电磁干扰的基本原理

从本质上来讲，电磁干扰如果想要发生，那么首要条件就是存在着一个干扰源，只有通过干扰源向外发出能量，电磁干扰才能发生。但是，从干扰源发出的电磁能量并不是直接对电力电子装置产生影响，而是要经过一个耦合途径，只有经过了这个耦合途径，干扰源所发出的电磁能量才能使电力电子装置的正常运行受到干扰。因此，干扰源、耦合途径和敏感的电力电子设备是产生电磁干扰必不可少的三个条件，而且这三个重要条件的顺序也是一定的，只有首先有了干扰源，才能产生电磁能量，只有经过了耦合途径，敏感的电力电子设备才会受到干扰。值得注意的是，干扰源的种类并不仅仅局限于电力电子装置中的某个元件或器件，某个设备或是某个系统，甚至是自然现象都有可能成为电磁干扰源。一般来说，

干扰源主要分为两大类，分别是自然干扰源和人工干扰源。自然干扰源主要包括雷电干扰、大气干扰和宇宙干扰，这些干扰源都是从一些自然现象中产生的。而人工干扰源又被分成了两类，分别是功能性干扰源和非功能性干扰源。功能性干扰源是一种电力电子装置自身的某个元件所产生的一种干扰源，这种干扰源是在电力电子装置正常工作时产生的，干扰的是电力电子装置中的其他部分。与功能性干扰源相反，非功能性干扰源不是由电力电子装置中的某个部分所产生的，这种干扰源的产生主要是依靠电力电子系统中的一些无用的电磁能量。与干扰源的分类情况类似，发生电磁干扰所必须的耦合途径也主要分为两类，分别是传导耦合途径和辐射耦合途径。传导耦合途径必须要有一个完整的线路，只有通过电路的连接才能利用传导耦合途径。对于共模电磁干扰来说，传导耦合途径不仅仅只能是导线或供电电源，利用机架或接地平面都能作为传导耦合途径，甚至是互感或电容也能成为传导耦合途径。从本质上来说，当两个电路被一个返回通路连接起来的时候，就已经形成了传导耦合途径，连接两个电路的返回通路也可以是导线、互感或电容，总之，传导耦合途径的形成过程是非常简单的。而与传导耦合途径相对应的辐射耦合途径却可以完全不需要任何线路的连接，直接利用电磁场就可以完成电磁能量的传播，除此之外，设备的机壳、电力电子装置的传输线路与电力电子装置内部的元器件之间也可能会产生辐射耦合途径。 3 电力电子装置引入的电磁干扰和传播途径

在电力电子装置的开关器件开启或关闭的一瞬间，整个电力电子装置的电压和电流会在一瞬间产生一定的变化，从而引起了电磁干扰的产生。因此，可以断定的是电力电子装置中的干扰源只能是人工干扰源，这些人工干扰源主要有以下几个方面：第一，dv/dt。电力电子装置的开关器件在开启或关闭的瞬间，电压的瞬间变化会产生一个很大的充电或放电电流，这个很大的充电或放电电流会直接作用于电力电子装置的电容，一般来说，即使是1nF的电容也能产生很大的脉冲电流，最终这种强大的脉冲电流就会成为一种电磁干扰，对电力电子装置的正常工作产生严重的影响。在某些电容是杂散分布的电力电子装置中，这种由脉冲电流而引发的电磁干扰现象是十分常见的。第二，di/dt。在电力电子装置开关器件开启或关闭的一瞬间，除了会引发电压的瞬间改变之外，也会引发电流的瞬间改变，电压的瞬间变化会引发充放电电流作用于电容，而电流的瞬间变化则会引发感应电压作用在电力电子装置中的杂散电感上。除了以这种方式产生电磁干扰之外，较大的di/dt的电流环路也可以作为一个辐射源，直接向外辐射电磁能量，从而对电力电子装置产生电磁干扰。第三，PMW信号自身可以作为电磁干扰源。在电力电子装置正常工作的过程中，逆变器发挥着极其重要的作用，但是，不仅电力电子装置的开关器件在开启和关闭时会引发电磁干扰，逆变器的开关器件在开启和关闭时也会产生电磁干扰的现象。这主要是由于逆变器的开关器件在开启和关闭的瞬间产生了高次谐波，在PWM波形中，高次谐波基本上是没有任何作用的，只会向周围的电力电子装置辐射电磁能量，带来电磁干扰。 4 电力电子装置共模电磁干扰的抑制技术 4.1 无源滤波电磁干扰抑制技术

为了能够有效的对电力电子装置的共模电磁干扰进行抑制，电力电子装置的维护人员可以考虑采用无源滤波器这种设备。无源滤波器主要由共模电感、电容等储能元件组成，无源滤波器之所以能够对共模电磁干扰现象进行抑制，主要是由于无源滤波器的滤波性能。一般来说，无源滤波器滤波性能的好坏不仅仅是由滤波器自身的性能这一个方面所决定的，噪声源和噪声负载的阻抗都是重要的决

定性因素。所以，为了能够充分发挥无源滤波器对于共模电磁干扰现象的抑制作用，在设计无源滤波器时一定要对电磁干扰的具体频段和大小进行充分的考虑。这种无源滤波器不仅能够对共模电磁干扰发挥很好的抑制作用，对于共模电磁干扰所产生的噪声同样具有很好的抑制作用，因此，为了保障电力电子装置的正常工作，电力电子装置的维护人员和设计人员应该对无源滤波器这种设备进行正确的使用，抑制电力电子装置中的共模电磁干扰现象。 4.2 改进PWM控制策略

上文已经提到，PWM信号自身是一种重要的电磁干扰源，因此，为了能够对电力电子装置的共模电磁干扰现象进行抑制，可以从电磁干扰源PWM信号入手，直接改进PWM的控制策略从而达到抑制共模电磁干扰现象的目的。改进PWM的控制策略需要从采用SPWM控制策略的变换器装置入手，首先要根据PWM不同的开关状态，分析出变换器所输出的共模电压或共模电流与开关状态存在的关系，充分了解了这些信息之后，接下来就可以对共模电压的幅值或者共模电压的脉冲数进行一定的调整，从而达到改进PWM控制策略的目的。与无源滤波器抑制共模电磁干扰的方法相比，改进PWM控制策略这种方法要更加简单，在实际的应用时，还是要根据实际情况进行充分的考虑。 5 总结

总的来说，为了保障电力电子装置的正常工作，电力电子装置的维护人员和设计人员应该对共模电磁干扰现象提起高度重视，要不断总结教训，努力钻研各种共模电磁干扰现象的抑制技术，只有通过不断的实践，最终才能找到解决问题的方法。

参考文献：

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