变频器具的EMI分析及其抑制方法的探讨

变频器具的EMI分析及其抑制方法的探讨作者：沈云佳(威凯检测技术有限公司EMC及环境可靠性检测所)摘要：当前，变频技术在家用电器中已得到了广泛的应用，然而变频器往往存在着较严重的电磁干扰(EMI)。本文从变频器的原理入手，分析了变频器EMI产生的原因及其抑制方法，并结合实例加以分析。关键词：变频器；电磁干扰；抑制；滤波Abstract：Frequencyconversiontechnologyhasbeenwidelyusedinhouseholdappliancesinmoderntimes,butmostofthefrequencyconvertersusuallyaccompaniedbyelectromagneticinterference(EMI).ThispaperanalysisthereasonoftheEMIaboutfrequencyconverterandhowtosuppressitfromitsprinciplewithexample.Keywords：FrequencyConverter;ElectromagneticInterference;Suppress;Filter引言当前，变频技术已经是家电行业里一项炙手可热的技术，变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等都是各厂商的拳头产品。随着经济的发展和国民收入的提高，变频家电也必将在我国得到更大的普及。然而，当我们在为技术革新给人类的生活带来更多的便利时，也不能忽视新技术带来的不利影响。变频技术也是这样一把“双刃剑”一一它在让我们的家电变得更节能、更安静的时候，也在悄悄地向电网发射更多的“污染”，而这些“污染”也反过来影响其他设备的稳定运行。本文以变频洗衣机的连续传导骚扰电压试验为例，对变频器具的EMI进行分析与探讨。变频器具的EMI2.1变频的原理变频器从结构上来分可分为交-交变频和交-直-交变频［1］。传统的交交变频器采用品闸管自然换流方式，工作稳定、可靠。但因其功率因数低、高次谐波多、输出频率低、变化范围窄、使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。交-直-交变频是一种比较常见的变频方式，一般有整流电路、滤波电路、逆变电路组成，第1页共6页如图1。杰工2杰工2、图1通用交-直-交变频电路原理图交流电源经桥式整流后变成脉动的直流，经过中间滤波电路后变成平滑的直流电，再经过V1〜V6组成的逆变电路逆变成交流。通过控制电路控制V1〜V6的导通和关断时间，就可改变输出交流电的频率。2.2变频电路干扰产生的原因从变频电路的原理可知，交流电源经二极管整流后变成脉动的直流，其中含有丰富的高次谐波。以单相全波整流为例，设f"=Ucos(®°t),经全波整流后的ff(t)二2U+4U1

兀兀. -、1 ，， 、 1 ，，、—cos(2①t)- cos(4①t)+ cos(6①t)+…3o15o35o可见其中含有丰富的偶次谐波分量，这些谐波分量会经线路耦合全电网，对同一电网内的其他设备产生不利影响。另外，变频器逆变部分电路工作在高频开关状态，功率半导体开关器件开关动作引起的du/dt经系统对地杂散电容耦合而传播，形成共模干扰；而开关动作所引起的di/dt经输入输出线间的导体传播，形成差模干扰。而共模干扰和差模干扰又可以相互转化，并不绝对分开。所以整个变频器的EMI干扰是十分复杂的。3.变频器具EMI干扰的抑制由于电磁干扰产生必须具备三要素：干扰源、传播途径和敏感设备，从符合性试验的角度来讲，要抑制变频器具的EMI干扰，需从干扰源和传播途径入手。3.1基于干扰源的抑制电路本身是最大的干扰源，这就要求厂商在电路设计时就将电磁兼容性纳入考量，优化电路设计。一方面可以适当的改变电路的拓扑结构，以减少电路间的寄生电容和分布电容，降低电路间的耦合，以此来降低干扰。另一方面可以通过优化电路的控制策略，以减小开关动作时的du/dt和di/dt，这样也能在一定程度上降低干扰源的发射［2］。当然，以上的方法都要求厂商在产品最初设计时就要考虑产品的电磁兼容性。对于很多企业来说，变频器、电控板等都是外包给专门的企业，想要在产品最初设计时就统筹的考虑产品的电磁兼容性，是一件较为困难的事情。虽然这样做在时间成本和金钱成本上都有较大的优势，但很多问题往往在产品成型时才能发现，回过头来再改设计就变得很困难。这时，基于传播途径的抑制就显得尤为重要。3.2基于传播途径的抑制通过切断骚扰的传播途径可以很好的抑制干扰源将电磁骚扰发射出去，最常用的手段便是滤波。常用到的滤波原件有滤波电容、电感、磁环，以及由电容电感等组合而成的专用滤波器等。例如，将X电容跨接在输入线之间可以降低线路的差模干扰，将Y电容接在火零线与地之间可以降低共模干扰;将电源线或信号线绕过磁环，可以较好的抑制高频噪声；而一些通用型EMI滤波器则可以在很宽的频段内对骚扰都有较好的抑制。图3是一个通用型滤波器的原理图，C^跨接在L、N间，可有效抑制差模

干扰；L是一个共模扼流圈，对差模干扰效果较差，但能很好的抑制共模干扰;C接在火零线跟地之间，能抑制共模干扰。图3通用型滤波器的电路图此处结合某变频洗衣机连续传导骚扰电压不合格整改案例加以分析。图3是该变频洗衣机脱水模式下初次测试的曲线图，从图中可以看到，测试结果已经严重地超过了GB4343.1规定的限值［31（特别是低频部分）。对于这样的骚扰，可以考虑在电源线上接一滤波器。图5是在电源线上加一通用型EMI滤波器后的测试结果，与图4的结果相对比可以看到，整个频段的骚扰都有所降低。但低频150kHz 1MHz 10MHz 30MHz图4未加滤波时脱水模式下测试曲线图段仍然有一部分超过标准限值，而10MHz〜20MHz间的骚扰反而上升了。为了使样品能符合标准限值，必须进一步整改。可以考虑再加一个滤波器组成两级滤

波，但两级滤波的成本较高，且如果参数选择不当，反而有可能使效果变差。考虑到变频器会产生丰富的高次谐波，再电源线上再串联一电抗器；同时为了抑制高频干扰，电源线上再加一磁环。0.0dBpV90.020.010.080.0Limits14-1QP14-1AV70.060.050.040.030.0150kHz1MHz0.0dBpV90.020.010.080.0Limits14-1QP14-1AV70.060.050.040.030.0150kHz1MHz10MHz30MHzTransducerESH3-Z2TracesPK+AV图5电源线上加通用型滤波器后的测试结果图6是加了磁环和电抗器后的测试结果，从图中可以看到，低频部分的骚扰已被很好的抑制下去；高频有一部分骚扰较高，但已符合标准要求。50.010.015.045.0dBpV70.065.055.060.0Limits13-VQP13-VAVTransducerESH3-Z2150kHz1MHz10MHz30MHz40.035.030.025.050.010.015.045.0dBpV70.065.055.060.0Limits13-VQP13-VAVTransducerESH3-Z2150kHz1MHz10MHz30MHz40.035.030.025.020.0TracesPK+AV通过以上的整改可知，变频器具的骚扰往往比较高，单一的滤波方式可能无法达到理想的效果，需组合使用多种手段才能较好的抑制干扰。4.总结前文从变频器的电路原理入手，分析了变频器的EMI问题，提出了一些抑制措施。并结合了变频洗衣机连续传导骚扰电压测试不合格的整改案例，探讨了滤波在抑制电磁干扰中的作用，具有一定的实践意义。随着变频技术不断广泛和深入的应用，其电磁干扰问题也必将引起越来越多人的重视。参考文