一种PWM电机驱动器的电磁兼容分析与设计

发布时间：2017-08-19 07:16

  本文关键词：一种PWM电机驱动器的电磁兼容分析与设计

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【摘要】：电机驱动器中广泛存在着的电磁干扰问题,会降低电机驱动器的稳定性和可靠性,影响相关设备正常工作甚至带来安全隐患。本文从传导干扰和辐射干扰两个方面研究了中点钳位型三电平电机驱动器的电磁干扰问题,提出了相应的电磁兼容解决方案,最后完成了电机驱动器的设计并进行了实验测试。逆变器中产生的PWM波形除了有用的基波外,还含有丰富的高次谐波。这些高次谐波主要来源于控制电路的高频时钟波形、主回路中的功率器件以及驱动器各部分电路中的非线性元件和杂散电感、电容。依据《GJB 151B 2013军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》中CE101和CE102测试项目进行仿真分析。从干扰源和传播途径的角度,分析了电机控制方式、直流侧电容容值、电路寄生参数和功率开关器件的死区时间设置等因素对传导干扰电磁兼容性能的影响,分析其产生电磁干扰的特点,以及如何进行改善。此外,本文还从干扰源、传播途径和敏感设备三个方面考虑电机驱动器的辐射干扰问题。首先分析电磁辐射干扰的来源,确定IGBT和直流母排作为辐射干扰源,建立合适的仿真模型。然后为了抑制电磁辐射干扰,在传播途径上采取电磁屏蔽的方法,用ANSYS软件对机壳的屏蔽效果进行了仿真分析,并与《GJB 151B 2013》中RE101和RE102所规定的限值相比较。最后对电机驱动其中的敏感设备,PCB控制电路进行板级电磁兼容分析,研究了PCB的层间谐振、PCB引线的近场、远场辐射和敏感回路的感应电压的特点。最后在传导与辐射电磁兼容预测分析的基础上,完成了PWM电机驱动器的硬件设计。特别对电机驱动器控制板上的信号调理、IGBT驱动、主电路及其连接线等易产生电磁干扰或是容易受到电磁干扰的敏感位置进行了电磁兼容设计,最终通过实验进行测试。
【关键词】：三电平 传导干扰 辐射干扰 PCB电磁兼容
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM32;TN03
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 课题的国内外研究现状10-20
• 1.2.1 电机驱动器拓扑结构与电磁兼容研究现状11-15
• 1.2.2 电机驱动器的电路设计方法研究现状15-18
• 1.2.3 电机驱动器控制方法研究现状18-19
• 1.2.4 功率器件的辐射干扰与PCB板级电磁兼容研究现状19-20
• 1.3 论文主要研究内容20-21
• 第2章 传导干扰的分析21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 电机驱动器结构及传导干扰测试方法21-22
• 2.3 PWM方式对传导干扰的影响22-28
• 2.3.1 三电平逆变器SPWM控制方式22-25
• 2.3.2 SVPWM控制方法25-28
• 2.4 直流侧电容对传导干扰的影响28-29
• 2.5 开关管死区时间对传导干扰的影响29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 辐射干扰的分析32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 辐射干扰分析32-34
• 3.3 IGBT电磁辐射仿真分析34-36
• 3.3.1 IGBT仿真模型建立34-35
• 3.3.2 IGBT辐射干扰分析35-36
• 3.4 直流母排的电磁辐射干扰36-37
• 3.5 PCB板级电磁兼容分析37-42
• 3.5.1 PCB层间谐振分析37-39
• 3.5.2 PCB远场和近场辐射分析39-41
• 3.5.3 PCB导线的感应电压41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 PWM电机驱动器的电磁兼容设计与实验43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 电机驱动器主电路电磁兼容设计43-49
• 4.2.1 共模传导干扰分析与抑制43-49
• 4.2.2 输出滤波器设计49
• 4.3 控制电路PCB层间谐振电磁兼容设计49-50
• 4.4 电机驱动器机壳屏蔽设计50-53
• 4.5 测量结果及分析53-54
• 4.5.1 IGBT驱动波形分析53
• 4.5.2 直流母线电流CE101测试53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文60-62
• 致谢62

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本文编号：699368