4 高频骚扰的抑制
电源端子骚扰电压测试频段是 150kHz~30MHz,起测点频率远高于谐波电流 7 次谐波的频率,电源端子骚扰电压测试频段内的 EMI(电磁干扰)主要来源于逆变器,我们只需把 150kHz~30MHz 范围内的噪声抑制在一个合理的水平之下就可以了。 高频骚扰主要产生于逆变焊机的逆变器、主变压器、输出整流电路,这也是高频骚扰治理的主要部位,可采用减小骚扰源产生的骚扰信号和阻止骚扰信号的传播等方法来加以治理。
4.1 采用软开关逆变技术
采用IGBT软开关电路的逆变焊机在国内已经很普遍,软开关电路可以减小IGBT的di/dt和dv/dt,能在一定程度上减小高频EMI电平。 但据一些研究结果表明,采用相同的主电路拓扑和开关频率,比较硬开关技术和零电压软开关技术的两个变换器所产生的传导EMI电平。实验结果表明,零电压软开关变换器的EMI能谱分布在低频段甚至比硬开关变换器更大一些,只有在较高频率才会得到比硬开关变换器稍低的EMI电平[3]。
虽然软开关一般只能在高频段使EMI电平降低几个dBµV,但也是可用有效手段之一。
4.2 选择适当的电路参数和功率器件
首先应该对IGBT、FRD(快恢复二极管)或FRED(外延型快恢复二极管)吸收、保护电路的参数进行优化设计,并通过实验验证,把IGBT、FRED关断时的dv/dt、尖峰电压限值在尽量低而合理的水平上,
为了取得良好的效果,吸收、保护电路的电阻应为无感电阻,电容器应采用凸波吸收电容器。 肖介光等:IGBT逆变焊机电磁骚扰的抑制 快恢复二极管反向恢复造成的电磁骚扰还可以通过选择恢复时间短、 恢复特性软的器件获得一些改善,
例如FRED就较一般的FRD在恢复时间、反向电压等方面有一定的优势。图9是一种国产FRED与进口FRD反向恢复特性的比较,图10是国产FRED与进口FRD反向电压波形比较。
4.3 制作工艺
减小主变压器漏磁可以使电路中的尖峰电压得到一定程度的抑制,在主变压器的设计、制作时在初、次级绕组的绕制、出线方式上应多加注意。 主电路各功率器件的摆放位置对电磁骚扰的产生也是有影响的,所以在设计定型前应通过试验确定其合理的位置。
4.4 采用无源 EMI滤波器
要想让逆变焊机内部产生的电磁骚扰彻底消除是不可能的, 我们只要使焊机符合 GB15579.10 标准的要求就可以了,电源端子骚扰电压的限值见表 1。IGBT 逆变焊机通过空载试验一般都没有问题,焊机负载状态(I1max≤100A)的骚扰电压限值见表 1 的 A类。
EMI滤波器的主要作用就是要在 150kHz~30MHz 的频段范围获得较高的插入损耗,而对频率为 50Hz的工频信号不产生衰减,使电源能顺利进入焊机。一个合理、有效的 EMI滤波器应该对共模和差模干扰都有抑制作用。
在电源电缆上的干扰具有共模和差模电流分量,在IGBT逆变焊机中共模干扰是主要治理对象,图11是一种共模、差模兼顾的三相EMI滤波器。C4~C9、L1主要用于共模干扰的滤出,L1的漏抗和C1~3用于差模干扰的滤出。
由于图11中的L1漏感有限,遇到焊机的差模干扰大时,还可以采取改变差模电容接线位置,增加差模电感、电容等措施加以解决,图11只是一个可供参考的实例。 第十五次全国焊接学术会议论文集,2010年7月2-8日,青海西宁 滤波电感的铁芯通常采用环形软磁铁氧体,铁氧体有多种材料,不同的材料具有不同的最佳抑制频率范围,且与磁导率有关,一般情况下,导率越高,适用抑制的频率就越低,设计、试验时应多加注意。铁基纳米晶铁芯具有高饱和磁感应强度(1.25T)和高温(居里温度 570℃)下良好的磁稳定性,也可用于滤波电感制作。
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