PWM调速风机电磁干扰分析与抑制

作     者：韦艳红 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜平安

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：电磁干扰 电磁干扰抑制 SPICE模型 滤波 

摘      要：随着电力电子设备向着高效化、系统化的方向发展,使得空间中人为产生的电磁能量呈量级增长。电磁噪声通过电路连接或空间影响其他设备或系统,电磁环境愈加复杂。为了系统本身或其他电子设备能够正常运转,必须降低在环境中产生及发射的电磁噪声,提高电磁干扰的抑制技术。本文以某风机为研究对象,对风机的电磁干扰进行分析、建模及抑制,主要内容如下:(1)风机驱动系统电磁干扰机理分析。首先充分了解风机的组成结构及工作机理,说明了风机的调速方式为HPWM-LON。接着从电磁干扰的概念出发,对干扰来源和传播路径进行理论研究。根据传播路径不同,分别对传导和辐射进行分析。根据风机电路原理,详细的说明传导干扰电流传播路径。最后基于极小偶极子的辐射原理,分析导线在空间区域的电磁辐射强度。(2)驱动系统关键器件的建模。首先采用了SPICE模型描述MOSFET的电气特性,详细研究了模型参数及其相关耦合方程。然后基于Si MOSFET内核型建立了MOSFET NCEP0160AG的SPICE模型。通过仿真分析了模型静态特性参数对电特性曲线的影响,使用了Optimization工具优化参数。最后根据SPICE语法规则将参数写入模型,得到关键元器件的SPICE模型。(3)风机电磁干扰建模、仿真与测试。基于EMI实验测试标准,搭建了风机实验测试平台,介绍了测试方法和实验设备。之后分别建立了风机传导干扰模型和线缆辐射干扰模型。对比模型仿真与实验测试结果,两者电磁干扰结果的尖峰点、幅值及曲线趋势基本一致,为后文验证干扰抑制方法提供了基础。(4)风机电磁干扰抑制。本文使用EMI滤波器和屏蔽线抑制电磁干扰。首先研究了滤波器的电路结构,采用共模差模组合滤波器抑制电磁干扰。基于单级LC滤波器的截止频率,使用Optimization工具优化滤波器的元件参数。最后制作了滤波器进行验证测试,滤波后电磁干扰均被有效抑制。电压传导干扰幅值平均减小25d BμV,电流传导干扰在频段0.0005～0.01 MHz平均减小15 d BμA,辐射发射幅值在频率为0.5～10 MHz时有至少10 d BμV/m的降低,且与模型仿真结果基本一致。研究了屏蔽线抑制辐射发射的原理,仿真结果表明了屏蔽线比单芯线对辐射电场的屏蔽效能更强。