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随着电力电子技术的飞速发展,电力半导体变流装置应用越来越广泛。在一体化电机系统中,正是通过功率驱动单元这一典型的电力电子环节实现了对电能的控制和变换,使电机具有优良的运行特性。由于电力电子装置容量的增加,电磁干扰的影响程度越来越大,严重地影响了系统自身和邻近设备的正常工作。这一问题受到了有关部门的高度重视。近年来国内外科技工作者对电力电子装置的电磁兼容(EMC)问题开展了较为广泛的研究,但针对一体化电机系统EMC问题的深入研究还很少,没有找到抑制电磁骚扰的有效方法。
本文以一体化电机系统为研究对象,针对传导骚扰的测试与诊断技术、产生机理和高频等效电路模型进行了研究。同时,就如何减小系统的传导骚扰强度和提高系统抗扰度问题作了深入的分析与研究。
为了让测试结果有助于分析与诊断系统骚扰产生的原因,对一体化电机系统的传导骚扰测试装置与数据处理技术进行了研究。目前多数测试设备都是测取系统总体传导骚扰强度,不能从实验测试结果判断是哪种分量在起主导作用。因此本文研究了共模和差模分离的原理及实验装置,同时对实验数据的处理方法作了进一步的改进。结合一体化电机系统传导骚扰的特点,把小波理论引入到数据处理中,通过小波理论来分析系统骚扰信号的时域、频域特性,从而更准确地揭示了骚扰信号的分布规律。
为了在系统中采取有效抑制骚扰的措施,文中对一体化电机系统传导骚扰的产生机理进行了深入细致的分析。在对骚扰源的大小、传播途径的影响及抑制措施的有效性进行定量分析的过程中,首先需要建立系统的高频等效电路模型。本文通过分析与实验对电机系统中的功率器件、电机本体以及电感和电容等主要部分进行了建模。在忽略元器件间杂散耦合、非线性及控制电路耦合的条件下,将所得各主要部分的模型结合起来,得到了一体化电机系统传导骚扰的等效电路模型,并通过仿真与实验相结合的方法对这一等效模型的准确性进行了验证。
为了使一体化电机系统最终达到电磁兼容的目的,对测试技术、机理分析和模型建立的研究都是十分重要的,但这些是限于系统骚扰信号的理论研究和实验验证,另一个重要的研究工作是通过研究寻找出抑制骚扰信号的有效方法。本文在理论分析与实验测试的基础上,根据一体化电机系统的特点,采用无源滤波和有源滤波相结合的方案,提供了滤波器的设计方法和步骤。同时,提出了新型有源滤波器的结构。除了阻碍骚扰的传播途径,本文还从减小骚扰源强度的角度入手,提出了一种新型的分段驱动方式,使得一体化电机系统传导骚扰源的骚扰强度得到了较大程度的抑制。
在抑制骚扰的同时,还要提高系统的抗骚扰能力,尤其是一体化电机系统本身就是一个很强的骚扰源,提高抗扰度显得尤为重要。一体化电机系统的抗扰度主要体现在控制电路中,本文采用旁路、解耦等技术使系统的抗骚扰能力得到了很大提高。
为验证本文建立的模型及提出的抑制方法的有效性,对所研究的各部分内容作了仿真和实验验证,实验结果验证了本文所提出的理论和方法的正确性。本文的研究成果对一体化电机系统及相关系统的传导骚扰预测和抑制具有一定的参考价值。