PWM逆变器共模干扰电流的衰减和抑制

PWM逆变器在IGBT高速开关瞬间，会使桥臂中点对参考地形成很大的dv／di，由于寄生电容的作用，PWM逆变器会对参考地产生很大的充放电电流。基于对共模电流的源和传播途径的研究，把共模电流回路等效为LCR串联谐振电路，简化了共模电流的分析。文中同时分析了在共模回路中插入共模电感对共模电流的影响。借鉴在PWM逆变器与电机之间插入共模变压器衰减轴电流的方法，提出在逆变器直流侧插入共模变压器来抑制共模电流的振荡。从时域和频域的角度对比分析了用共模电感和共模变压器衰减共模电流的本质。实验结果验证了理论分析的正确性。     

PWM驱动系统中感应电动机共模模型的研究

PWM逆变器在应用中会产生共模电压.共模电压在IGBT的高速开关期间产生高频充放电电流.这个电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流.漏电流过大将对电源产生电磁干扰;感应的轴电压过高还会使电机轴承过早毁坏,从而影响系统运行的可靠性.为研究共模电压的危害及方便分析相应的抑制策略的效果,建立了高频感应电机的共模模型,仿真和实验结果证明了模型的正确性和实用性.     

逆变器共模电压干扰及抑制措施研究

在紧凑型逆变器设计中,随着功率密度的提升,功率器件快速开关过程所引起的电磁兼容EMC(electromagnetic compatibility)问题越来越突出,而要使逆变器在各种环境条件下稳定运行,EMC设计显得尤为关键。针对逆变器的共模干扰问题,从共模干扰传导的3条路径展开分析,基于ANSYS电磁仿真平台建立了逆变器共模干扰等效模型,分析干扰信号的传播通道及作用原理,得出共模干扰电压与寄生电容的关系,通过实验进行验证,提出了2种通过减小寄生电容进行共模抑制的有效方法。从原理分析到仿真得出结论,然后用案例加以验证,对于逆变器EMC设计及逆变器共模干扰问题的解决具有实际指导意义。     

基于驱动信号自调整的磁铁电源共模抑制

建立了磁铁电源高频共模等效模型,指出双极性调制理论上可完全消除共模电流.然而,实际产品中开关管驱动脉冲存在相位差,将极大影响其共模消除效果.据此,在此基于共模等效模型进行频域分析,确定共模干扰强度与相位差的理论关系,并以此指导驱动脉冲沿调整,减小共模电流.仿真及实验结果验证了通过驱动信号自调整方法实现磁铁电源共模电流抑制的有效性.     

Rogowski线圈在高压变频器共模电流测量中的应用

针对霍尔电流传感器与传统电流互感器检测共模电流存在缺陷情况,提出一种新型的基于Rogowski线圈测量共模电流的方法。以五相H桥型三电平逆变系统共模通路为例,仿真得到共模电流属于高频脉冲电流。建立Rogowski线圈传感头等效回路模型,理论上验证了测量方法的可行性。对电机端单线圈、滤波器端双线圈、滤波器端单线圈三种共模电流测量方案进行比较分析,仿真和实验结果证明了滤波器端单线圈方案的可行性和正确性。     

储能电池系统对地电压电流特征及影响因素分析

电池系统外壳或机架采用直接接地设计并且存在寄生电容,导致电池系统正负极对地存在共模电压和共模电流效应,共模电压与电流问题成为影响电池系统绝缘的关键因素。该文在现有储能系统集成架构基础上,开展电池系统共模电压和共模电流问题研究,建立适用于储能系统的二阶共模等效电路模型,量化分析电池系统共模电压和共模电流特征以及在寄生电容、开关频率等因素影响下的变化规律,仿真与实验结果表明,共模电压和共模电流问题是影响电池系统对地电气特征的主要因素,为系统优化设计提供了技术支撑。     

并联谐振感应加热电源扩容设计与应用*

为提高大功率并联谐振型感应加热电源的稳定性和功率密度,在电源设计中采用了IGBT和逆变桥双重并联的扩容方法,其中双重并联设计的重点是IGBT和逆变桥的均流.在基于IGBT并联模块驱动脉冲一致的情况下,分别建立了IGBT和逆变桥并联电路等效模型,分析了电路杂散参数对均流的影响.利用Simulink仿真验证了杂散参数对IGBT和逆变桥均流的影响.在电源样机中通过对并联IGBT模块驱动脉冲的一致性设计和合理的结构设计,取得了较好的均流效果.     

非隔离三电平电压型并网逆变器共模电流抑制策略

针对无变压器非隔离型三电平并网逆变器共模电流问题,详细分析了影响共模电流的主要因素。根据非隔离型三电平并网逆变器的共模等效结构模型,采用能消除共模电压的SPWM调制策略和改进LC滤波器方法,抑制共模电流。LC滤波器滤除寄生电容电压高频分量,改变了直流侧中点电位的平衡机理。改进的注入零序电压分量方法使中点电位得到有效控制。仿真验证了共模电流抑制策略的有效性。     

基于FPGA的三相逆变器实时仿真模型研究

在三相逆变器实时仿真模型中,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关模型的计算性能是影响逆变器模型实时运行的关键因素.此处利用IGBT等效电路模型分析了开关动作的动态过程,以及IGBT各极间寄生电容对动态过程的影响,并将动态过程划分为若干个阶段,建立了各阶段的计算模型;为减小模型的实时计算量,采用二次函数拟合各阶段的动态过程曲线,建立了 IGBT的电压、电流计算模型;基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现了IGBT模型的实时计算,并进行仿真分析与实验.仿真及实验结果表明,基于相同的脉宽调制(PWM)控制脉冲,此处设计的三相逆变器模型的输出电压波形质量优于Matlab自带的三相逆变器模型;所构建模型在FPGA核心板上的计算步长达到20 ns,验证了模型的实时计算性能.     

一种提取EMI滤波器轭流圈集总参数的方法

采用等效并联电阻反映磁芯损耗,考虑其随频率变化的特性以及共模轭流圈寄生电容,给出了集总参数表示等效共模与差模模型.分析了等效并联电阻和模型电感随频率变化的趋势,并定性确定了它们在传导频率范围内与频率的线性关系,使得参数提取及模型仿真更为准确.讨论了共模轭流圈寄生电容在模型中的集总反应,首次提出了差共模模型中寄生电容存在两倍关系的假定,得到一种提取共模轭流圈集总参数更加简洁的方法,通过拟合计算曲线与实测曲线的比较证实了该方法的有效性.     

非隔离型光伏并网逆变器漏电流抑制机理分析与改进

共模电流抑制是非隔离型光伏并网逆变器需要解决的首要问题。文中给出了单相逆变拓扑的共模回路统一等效模型,该模型将所有隔离类和非隔离类拓扑统一起来,适用于所有桥类拓扑的漏电流抑制机理分析。对现有桥类逆变拓扑按漏电流抑制机理进行了系统分析和归类。在此基础上,对H5拓扑、Heric拓扑及一种H6拓扑进行了改进。一方面,通过拓扑结构的改变,用共模电压恒定的漏电流抑制途径取代改变共模阻抗的抑制途径,漏电流抑制效果得以提高;另一方面,通过调制策略的优化,逆变器可以实现非单位功率因数运行。在一台5kW单相改进型H5拓扑并网逆变器上进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。     

三相光伏逆变改进型AZSPWM3算法研究

针对三相光伏逆变系统的共模漏电流危害,提出一种改进的三段式等效零矢量脉宽调制(AZSPWM3)控制算法。该算法通过扩展载波周期,从而降低共模电压的脉动频率,可有效抑制逆变系统共模回路的谐振效应,减小系统对地共模漏电流。借助傅里叶级数推导、快速傅里叶变换(FFT)分析和Matlab电路仿真,研究了算法的工作特性。通过将其应用于三相逆变样机,实验验证了所提出的AZSPWM3控制算法在抑制共模干扰方面的可行性和有效性。     

级联H桥逆变器漏电流分析与抑制

针对非隔离型级联H桥逆变器的漏电流问题,首先建立带有寄生电容参数的逆变器共模等效模型,分别分析单电感电路与对称电感电路中漏电流的特点及其影响因素,指出在对称电感电路中通过优化调制策略可以有效抑制系统漏电流,而在单电感电路中调制手段无法解决漏电流问题。为此针对对称电感电路提出一种改进型载波层叠多电平调制策略,能够有效地抑制系统漏电流,而且实现简单、运算量小。最后仿真与实验结果验证了该方法的有效性与正确性。     

短路电流作为绝缘栅双极型晶体管模块键合线老化特征量的机理研究

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是功率变流器中故障率最高的元器件,键合线老化脱落是其中最常见的一种失效形式。文中研究短路电流作为IGBT模块键合线老化特征量的机理。首先简述IGBT模块键合线老化对应的内部寄生参数与短路电流的定性关系,建立包含键合线和铝金属基板的发射极等效电阻网络模型。依据键合线分布情况,分析键合线老化对电阻网络的影响,进而分析对短路电流的影响关系,最后对不同键合线老化状态下的IGBT模块的短路电流进行实验测量和分析。分析结果表明,等效电阻网络模型能很好地反映键合线分布情况与老化特征量之间的对应关系,实验结果与理论分析基本一致,验证了短路电流作为IGBT模块键合线老化特征量机理研究的正确性。     

绕线式无刷双馈发电系统共模电流特性及抑制

无刷双馈发电机由于取消了电刷和滑环,可靠性更高,在变速恒频发电领域具有广泛的应用前景。但无刷双馈发电机内部结构复杂,给共模回路分析和共模电流抑制带来了困难。该文依据无刷双馈发电系统结构,分析共模电压传输回路,提出共模等效电路模型和等效共模阻抗参数的提取方法。分析各个共模电压传输回路的特性,指出共模回路3(网侧变换器—电机功率绕组—电机控制绕组—机侧变换器—网侧变换器)是影响无刷双馈发电系统共模电流特性的重要原因。重点分析该回路两个脉宽调制变换器的载波差异与共模电流特性的关系。为减小该回路的共模电压,必须保证两者的载波同步,并给出载波同步的控制方法。基于无刷双馈发电系统实验平台设计实验。实验结果验证了所提模型和理论分析的正确性及共模电流抑制方法的有效性。     

寄生参数效应的共模扼流圈集中参数建模

为分析传导EMI用共模扼流圈寄生参数的效应和预测EMI滤波器的高频特征,需要建立其寄生参数的模型,为此提出了基于阻抗测量实现共模扼流圈集中参数的建模方法,模型包括共模电感、漏感、绕组寄生电容等参数。基于阻抗测量,阐述求解寄生电容的基本原理;运用电路等效原理,将磁心的损耗等效为电阻的损耗,经适当简化,该电阻仅是频率的函数,将非线性的磁心损耗用一个与频率有关的电阻元件来等效,适合于电路的设计和仿真。最后通过样品实验,用所提出的方法建立了共模扼流圈的高频模型。     

抑制共模电磁干扰的并联有源补偿电路设计

讨论了并联有源共模电磁干扰抑制中的两种不同补偿电路结构,通过建立带有补偿电路的单相半桥逆变器共模电流等效模型,详细介绍了两种补偿电路的设计过程,讨论了影响补偿电路补偿效果的两个因素,实验验证了设计补偿电路能够产生与噪声源共模电流大小相等方向相反的补偿电流。     

混合动力汽车Z源逆变系统共模电磁干扰研究

在混合动力汽车Z源逆变系统中,大量功率开关器件的使用使车载电路中产生了巨大的电压、电流变化,给整车带来了严重的电磁干扰(EMI)问题。分析了车载Z源逆变系统的结构及工作原理,对产生的共模(CM)EMI进行了理论分析及公式推导,并对产生的CM-EMI进行仿真分析,研究了抑制汽车中CM-EMI的方法,通过设计一种有源补偿电路对逆变系统中的CM-EMI进行抑制。将所设计的补偿电路与逆变系统主电路连接,通过仿真与实验对该方法进行验证,结果表明,该方法能有效减小逆变系统中的CM-EMI,从而验证了该方法的正确性。     

逆变器驱动电机系统中的耦合电流

针对由于逆变器驱动电机系统中的PWM电压具有高频和高dv／dt的特性,在电机内部产生共模耦合效应,并产生共模耦合电流流过电机内部的寄生电容这一特点,通过建立的分布参数电路模型和等效的集总参数电路模型,研究了电机内部高频情况下的共模耦合效应,分析了共模耦合电流的基本特性,给出了共模耦合电流的计算方法,对三相系统中的耦合电流进行了试验研究,并讨论了耦合电流对系统性能的影响。结果表明,耦合电流伴随电压的跳变而产生。呈双频振荡,引起电压和电流的畸变,并将引起电机绕组的过电压。     

非隔离型光伏并网逆变器共模电流分析

共模电流抑制是非隔离型光伏并网系统中需要解决的一个关键问题,各国都对共模电流做出了相关规定。当共模电流超过规定值时,系统必须在规定时间内与电网断开。针对光伏并网系统中存在共模电流的问题,建立了系统共模等效模型,在此基础上分析共模电流产生的机理,探讨不同调制策略对抑制共模电流的影响,并提出一种新型的能够有效抑制共模电流的逆变器拓扑结构,分析它的工作原理和特点,最后通过仿真分析验证了该拓扑的正确性。