交流驱动系统共模电压和轴承电流无源/有源抑制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的是交流电机驱动控制系统和电磁兼容领域，具体是一种抑制交 流驱动系统中共模电压和轴承电流的无源/有源滤波抑制装置。
【背景技术】
[0002] 电磁兼容（EMC)是电气、电子工程的一个重要研宄领域，电磁干扰是人们早已发 现的问题，但电磁兼容这一新学科却是近代形成的。国际电工委员会对此的定义为：设备或 系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的 能力。
[0003] 随着电子产品、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，特别是近年来与电力 电子器件有关的变换装置的广泛应用，使得电磁噪声干扰日益严重，并已经成为一种公害。 这种电磁噪声不仅严重干扰邻近的其他电子设备的正常工作，而且还威胁着人类的健康与 安全。与此同时，世界上又出现了大量的对电磁干扰很敏感的高灵敏度设备，且这些敏感的 装置正扮演着愈来愈重要的角色。如电子控系统、数据处理装置等。因此降低电子设备的 电磁干扰强度，提高电磁兼容性已成为当今电子行业所关注的问题。
[0004] 如何在共同的电磁环境中使电子系统和设备不受干扰的影响而相容地正常工作 是迫切需要解决的技术问题，而这一点正是研宄电磁兼容的宗旨。为此，为了规范电器电 子产品的电磁兼容性，构造一个良好的电磁环境，减少各种相互干扰和电磁污染，有关国际 组织和国家对电子、电气产品规定了电磁兼容质量强制标准，如国际无线电特别委员会的 CISPR标准，欧盟的EN系列标准，美国联邦通讯委员会FCC系列标准等。而且欧盟规定从 1996年1月开始，所有投放欧盟市场的电器电子产品必须符合EMC标准的要求，否则不能进 入欧盟市场流通。我国也有许多组织，在从事有关EMC方面的工作，如全国无线电干扰委员 会，中国电源学会电磁兼容委员会等，并且我国的国家EMC标准也已经在逐步实施。但由于 过去的工业基础比较薄弱，电磁环境污染未充分暴露，对电磁兼容的研宄认识不足，因此国 内的EMC研宄还远远不够。由此可见电磁兼容已是一门与国民经济、国防建设和人民生活 休戚相关的学科。
[0005] 进入20世纪后，现代工业中所应用的电机驱动系统已由原来简单的工频电源直 接驱动控制发展为采用脉宽调制技术（PWM)的功率变换器驱动。其性能虽然得到了大幅度 的提高，但是由于PWM脉宽调制控制方式的原因，功率变换器中的功率开关器件工作在开 关状态，所输出的电量波形不连续，且具有较大的du/dt和di/dt，这使得电压、电流均含有 丰富的高次谐波。于是，这些谐波所具有的电磁噪声能量就会通过近场耦合和远场耦合形 成电磁干扰，影响系统自身和周边电气系统的正常工作。以现在普遍采用IGBT器件为例， 当开关频率为2kHz~20kHz时，就可以高达2kA/ y s，而此时30nH的杂散电感就可以激励 出60V的干扰电压，由此可见它所造成的电磁干扰强度极大。同时功率变换器所产生高频 共模电压，也会使电机出现轴电压、轴承电流及共模电流（漏电流）过大等负面问题。而 另一方面，交流电机驱动系统往往是在精密机械加工、国防尖端设备等一些特殊场合应用， 其产生的传导电磁干扰既影响到系统本身的稳定运行，又影响到其他系统的安全运行。因 此，交流电机驱动系统的传导电磁干扰已成为困扰许多系统稳定安全运行的尖锐问题，必 需提出一些切实可行的办法，对实际应用中交流电机驱动系统的传导电磁干扰进行有效的 抑制。
[0006] 对交流驱动系统中由于电磁干扰产生的共模电压和轴承电流等负面效应，从切除 干扰传播途径的角度，EMI滤波器是非常有效的抑制手段，正确设计的滤波器能够使系统 EMI发射强度减小到EMC标准限值以下，使电气设备和系统实现电磁兼容，达到国际电磁兼 容标准的要求。
【发明内容】
[0007] 本实用新型目的是为了解决现有交流驱动系统在运行过程中产生的共模电压和 轴承电流等电磁干扰造成电机驱动系统可靠性下降、故障率增高、电机寿命减少，无法达到 电磁兼容标准的问题，提供了一种无源/有源抑制装置，抑制交流驱动系统中的共模电压 和轴承电流。为了达到较好的效果，综合考虑有源和无源滤波抑制技术，结合系统中干扰源 的产生机理与电磁干扰传播路径，合理设计滤波装置拓扑结构，给出整个参数设计的过程， 最终目的在于使交流电机驱动系统达到电磁兼容标准的要求。
[0008] 本实用新型所述交流驱动系统共模电压和轴承电流无源/有源抑制装置，包括交 流电源、整流器、逆变器、长线电缆和电机，交流电源的交流电输出端与整流器的交流输入 端相连，整流器的直流输出端与逆变器的直流输入端相连，逆变器的交流逆变输出端通过 长线电缆为电机提供工作电源；直流母线电容Cl、C2串联后、并联在整流器输出的直流母 线上，直流母线电容C1、C2的连接点为该直流母线的钳位中点；
[0009] 还包括有源滤波器和无源滤波器；有源滤波器的输入端连接逆变器的逆变交流输 出端，有源滤波器的输出端通过长线电缆与电机相连；无源滤波器的输入端连接整流器的 交流输入端，无源滤波器的输出端连接交流电源的交流电输出端；
[0010] 有源滤波器的钳位指令输出端与直流母线的钳位中点相连，无源滤波器的消干扰 指令输出端与电机的中性点相连。
[0011] 本实用新型的优点：本实用新型所述交流驱动系统共模电压和轴承电流无源/有 源抑制装置采用两个EMI滤波器拓扑结构，是在传统的有源滤波器的基础上进行的改进， 综合考虑有源滤波器和无源滤波器各自的优点进行设计。有源滤波器用于抑制交流驱动系 统逆变器输出侧与电机之间的共模电压，进而抑制电机轴电压、轴承电流。无源滤波器的作 用有两个：一是用于抑制交流驱动系统整流器交流输入侧的共模电压，进一步降低整个系 统的传导电磁干扰；二是防止由系统产生的干扰污染电网。本实用新型提出的由两个滤波 器结构组成的无源/有源滤波器拓扑共同作用，抑制交流驱动系统中的共模电压、轴承电 流、漏电流等，整体达到系统传导电磁干扰不超标。
[0012] 本实用新型相比于传统交流驱动系统传导电磁干扰抑制方法，不局限于单独采用 一种形式的滤波器拓扑。在系统中，对电机影响较大的是逆变器输出侧的共模电压，而且影 响电机寿命的轴电压和轴承电流等均是由共模电压造成的，此处采用有源滤波器的优点有 两个：一是不需要大体积（由于主电路上的基波电压和电流大）的储能元件来滤除纹波能 量；二是在传导干扰的频率范围内，噪声信号频率较高，如果采用无源滤波器来补偿差模噪 声难度比较大，不仅会增加系统的成本，而且效果也不好，所以有源滤波的方式来抑制电机 系统的共模噪声比较合适，既不影响系统本身在工频时的正常运行，又能有效抑制系统的 传导干扰强度。电路中有源和无源滤波器的结合应用，两个滤波器结合起来的效果好于单 独使用有源滤波器。在考虑滤波器连接方式时，接入了整流器交流输入侧、直流母线钳位中 点、电机侧、电机中性点，所以在抑制传导电磁干扰的同时，也消除了系统产生的一些负面 效应，包括共模电压、电机轴电压、轴承电流、漏电流等。
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型所述交流驱动系统共模电压和轴承电流无源/有源抑制装置的 原理框图；
[0014] 图2是有源滤波器的具体电路图；
[0015] 图3是无源滤波器的具体电路图；
[0016] 图4是采用传统交流驱动系统测量的共模电压和轴电压曲线图；其中曲线A为共 模电压曲线图，曲线B为轴电压曲线图；
[0017] 图5是采用传统交流驱动系统测量的轴承电流和漏电流曲线图；其中曲线A为轴 承电流曲线图，曲线B为漏电流曲线图；
[0018] 图6是采用传统交流驱动系统传导电磁干扰发射曲线图；
[0019] 图7是采用本实用新型所述交流驱动系统共模电压和轴承电流无源/有源抑制装 置的共模电压和轴电压曲线图；其中曲线A为共模电压曲线图，曲线B为轴电压曲线图；
[0020] 图8是采用本实用新型所述交流驱动系统共模电压和轴承电流无源/有源抑制装 置的轴承电流和漏电流曲线图；其中曲线A为轴承电流曲线图，曲线B为漏电流曲线图；
[0021] 图9是采用本实用新型所述交流驱动系统共模电压和轴承电流无源/有源抑制装 置的传导电磁干扰发射曲线图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0022] 一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述交流驱动系统 共模电压和轴承电流无源/有源抑制装置，包括交流电源1、整流器2、逆变器3、长线电缆4 和电机5,交流电源1的交流电输出端与整流器2的交流输入端相连，整流器2的直流输出 端与逆变器3的直流输入端相连，逆变器3的交流逆变输出端通过长线电缆4为电机5提 供工作电源；直流母线电容C1、C2串联后、并联在整流器2输出的直流母线上，直流母线电 容Cl、C2的连接点为该直流母线的钳位中点；
[0023] 还包括有源滤波器6和无源滤波器7 ;有源滤波器6的输入端连接逆变器3的逆 变交流输出端，有源滤波器6的输出端通过长线电缆4与电机5相连；无源滤波器7的输入 端连接整流器2的交流输入端，无源滤波器7的输出端连接交流电源1的交流电输出端；
[0024] 有源滤波器6的钳位指令输出端与直流母线的钳位中点相连，无源滤波器7的消 干扰指令输出端与电机5的中性点相连。
[0025] 本实施方式中，交流驱动系统中整流器2和逆变器3在对电能进行控制和变换时， 高速开通和关断的开关器件会造成电压和电流在短时间内发生瞬变，产生的高频共模电压 和高频差模电压，形成电磁干扰，而且还会在电机转轴上感应出很高的轴电压，产生轴承电 流及漏电流。
[0026] 本实施方式中，有源滤波器6输入端连接于逆变器3的输出端，输出端一部分与电 机5相连，输出端另外引出一个端子连接于直流母线钳位中点，这种连接方式的目的有两 个：一是用于抑制逆变器3输出侧和电机5之间的高频共模电压，进而抑制由共模电压引起 的电机轴承电流、漏电流等负面效应。无源滤波器7的输入端连接在整流器2的输入端，输 出端的一部分与电网相连接，另外引出一个端子连接在电机5的中性点，用于消除交流驱 动系统交