隔爆一体式变频电机调速系统电磁兼容研究

论文摘要

为适应薄煤层机械化开采,制造大功率、高强度、矮机身综采设备的一个重要前提就是要有结构紧凑、性能优良的防爆电机.隔爆一体式变频电机将变频驱动与电机本体安装于一个防爆机壳中,为用户提供一个完备的动力系统,更好地满足煤炭生产机械化的需要。而机电一体化电机的电磁兼容问题常常威胁到电机周围的设备以及电机自身的安全运行。变频器是该系统中的主要电磁骚扰源,故而对矿用变频器电磁兼容技术之研究工作尤显重要。本文从干扰源、耦合路径、敏感部件三要素入手,结合隔爆一体式变频电机变频电源的研制工作,分析系统存在的电磁干扰、预防措施及电磁干扰问题仿真与风险评估。其主要内容及创新之处如下:(1)对变频器辅助开关电源进行EMI仿真分析,其仿真结果及实际调试足以证明该开关电源基本满足相关标准关于辐射发射限值的要求。(2)主电路中IGBT的开断,是该系统的主要骚扰源。本文通过对其共模干扰之成因及传播特性进行分析,提出了一种阻断电磁干扰耦合路径的抑制方法,并通过对散热器表面电流及电场之仿真,证明该方法在理论上的正确性。(3)通过主电路浪涌试验,验证该产品是否满足极端环境。利用虚拟样机技术,结合薄煤层采煤机械制造之需求,设计一种体积小、电磁兼容性好的吸收电路。(4)以提高控制板的抗扰性为目的,通过以开关电源为端口,对控制板作电快速瞬变脉冲群抗扰度试验,并采取了相应的改进措施,取得一定的抑制效果。(5)以电磁兼容理论为指导,为利用三维建模技术应用于机电一体化系统电磁兼容结构设计与仿真分析提供技术方案和研究思路。在对变频器物理样机的研制过程中,从电磁兼容、低感母线、机械强度、爬电距离等角度,设计了一种层叠母线。分别通过计算和软件仿真证明该母线可有效地减小功率母线对电机驱动器空间电磁干扰,有利于降低功率模块在开关过程中的过压,从而保障系统运行的安全可靠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状和水平
• 1.3 主要研究方法及内容
• 第二章 辅助开关电源电磁干扰研究
• 2.1 PCB 与天线
• 2.1.1 环天线与差模辐射
• 2.1.2 单极天线与共模辐射
• 2.2 开关电源电磁干扰的产生与耦合路径分析
• 2.3 被试开关电源基本原理描述
• 2.4 被试开关电源所采取的电磁干扰抑制措施
• 2.5 被试开关电源EMC 风险仿真与评估
• 2.6 本章小结
• 第三章 功率主电路电磁干扰研究
• 3.1 典型电力电子传动系统及其传导噪声传播路径
• 3.1.1 典型电力电子传动系统
• 3.1.2 产品电路中的共模和差模信号
• 3.1.3 关于串扰机理的研究
• 3.1.4 典型电力电子传动系统传导噪声传播路径
• 3.2 一体化电机功率主电路的传导共模干扰分析
• 3.3 共模电流抑制方法研究
• 3.4 对抑制效果的仿真论证研究
• 3.4.1 关于IGBT 模块的选用情况
• 3.4.2 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 功率主电路浪涌试验
• 4.1 浪涌试验设备
• 4.1.1 用于电源线路试验的综合波发生器
• 4.1.2 用于通信线路试验的CCITT 波发生器
• 4.2 浪涌抑制器件
• 4.3 试验配置及结果
• 4.4 吸收电路
• 4.4.1 抑制IGBT 集电极和发射极浪涌过压的措施
• 4.4.2 器件选取及电路结构设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 数字控制系统电磁敏感度研究
• 5.1 端口的概念
• 5.2 EFT/B 试验
• 5.3 测试结果与分析
• 5.3.1 试验过程与现象
• 5.3.2 共模瞬变骚扰在数字系统中的耦合路径
• 5.3.3 公共阻抗引起的干扰
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统结构设计
• 6.1 对设计工作的开展
• 6.2 功率模块布局研究
• 6.3 层叠母线技术应用研究
• 6.3.1 层叠母线结构设计
• 6.3.2 分析层叠母线对空间电磁干扰的削弱程度
• 6.3.3 对功率母线寄生电感的估算
• 6.3.4 机械强度校核
• 6.3.5 爬电距离的测量与修正
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢