摘要：主要研究电力电子装置的电磁干扰，随着电力电子装置的广泛应用，解决谐波危害和电磁干扰的问题已经迫在眉睫。 本文分析了电力电子装置中的谐波源和电磁干扰源的产生原因及其危害，并探讨了相应的抑制机理和综合治理方法。
关键词：电力电子装置；电磁干扰；抑制
1. 电力电子装置的分类
电力电子电路装置通常被称为变换器，是以电力电子器件为核心，通过对不同电路的各种控制来实现对电能的转换和控制，大致可分为以下几点：
①AC/DC 整流器将交流电变换为直流电。传统的整流器在运行过程中会向电网注入大量的谐波电流，并引起网测功率因数恶化。②DC/DC 斩波器将不可调的直流电压变换成可调的直流电压。该类变换器主要应用于直流调速和通信电源中。③DC/AC 逆变器将直流电转化成一定频率和幅值的交流电。主要应用于交流电机调速、不间断电源( UPS) 等领域。④ AC/AC 逆变器将一种频率、电压的交流电变换为另一种频率、电压的交流电。主要应用于电力系统的连接和低速大容量的交流调速系统。
2. 电力电子装置的电磁干扰
电力电子装置因其高效 、灵活的电能变换而得以广泛应用 , 但是它也因开关器件周期的非线性动作不可避免地带来了严重的电磁干扰。
2.1 电力电子装置的谐波干扰
在电力电子装置中，由于半导体开关器件的非线性，会使工作电流发生畸变，产生大量的工频谐波。整流装置所占的比例最大，对电网造成染污。谐波电流的存在使电网的附加线路损耗增大，谐波电流在电网中的流动会在线路上产生有功功率损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率;；谐波的存在使得电网中无功功率增加，导致电流增大和视在功率增加，使发电机、变压器及其它电气设备容量和导线容量增加；会影响各种电气设备的正常工作，谐波电流产生的脉动转矩会引起电机的机械振动和噪声；会改变保护继电器的性能，引起误动作或拒绝动作；谐波干扰会引起通信系统的噪声，降低通话的清晰度，干扰严重时会引起信号的丢失。
2.2 电力电子装置的高频干扰
电力电子装置在工作中，尤其是各种逆变电路，将发出强烈的电磁干扰，该干扰主要来自于半导体开关器件，开关器件在开通和关断中，由于电压和电流在短时间内发生跳变，从而形成电磁干扰。电力电子装置产生的电磁干扰源有:
①dV/dt在电力电子器件通断瞬间，电压的跳变会在电容上产生很大的充电或放电电流，会对电力系统产生严重的电磁干扰。
②di/dt开关器件在通断瞬间的电流变化会在杂散电感上感应出电压，另外，有较大的di/dt的电流环路也是一个辐射源，将对空间产生辐射电磁场。
③PWM信号自身逆变器中开关产生的PWM波形除了有用的基波外，还含有大量的高次谐波PWM信号也会对周围的设备产生辐射的影响；控制电路输出的高频脉冲时钟波形也会产生一定的电磁干扰。
电磁干扰的危害几乎涉及所有领域，简单归纳可分为对设备、对人的影响两大类。
2.3电力电子装置的传导干扰
电磁干扰是通过传导和辐射两种途径耦合到敏感设备的。在电力电子装置中，传导是电力电子装置干扰传播的重要途径，也是在电磁兼容中考虑得最多的，由于对电力电子装置传导干扰一般考虑的最高频率是30MHz。根据传导干扰方式不同，电磁干扰可分为共模(CM) 和差模(DM) 两种形式。其中CM是由于逆变器快速开关导致输出电压变化产生的di/dt和系统中电容间的高频振荡产生的。DM是由整流器和逆变电路产生的。共模与差模的主要区别在于差模电流只在相线与中线之间流动，而共模电流不但流过相线和中线，而且还流过地线。一边情况下共模干扰较小，主要为差模干扰。
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3. 电力电子装置电磁干扰的危害
3.1 谐波的危害
①使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时，会引起线路过热甚至发生火灾。②影响各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，甚至造成设备损坏。③会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故。④会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确。⑤会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
3.2电磁干扰的产生及危害
电力电子装置的高频化和大容量化不仅导致器件所承受的电应力的增加和开关损耗的增加，而且产生难以抑制的宽带电磁干扰，对电网和环境造成严重的电磁污染，威胁到其本身乃至与其相关的其他电子设备的正常工作。其危害主要体现在电磁干扰经近场和远场耦合形成传导和辐射干扰，严重污染周围电磁环境和电源系统，这不仅会使变换电路自身的可靠性降低，而且使电网及邻近设备运行质量受到严重影响。
4. 电磁干扰的基本对策
目前,电力电子装置发展的趋势日趋自动化、小型化,对其工作可靠性的要求进一步提高,对电磁干扰的裕量进一步降低。在设计电力电子装置时必须进行抗干扰设计,基本任务是使系统或装置既不因外界电磁干扰的影响而误动作或丧失功能；也不向外界发送过多噪声干扰,以免影响其它系统或装置的正常工作,抗干扰设计主要遵循下列三条原则:
①抑制噪声源,直接消除干扰产生的原因；②切除电磁干扰的传递途径,或者提高传递途径对电磁干扰的衰减作用,以消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合；③加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力,降低其噪声敏感度。
5. 电磁干扰的抑制方法
5.1屏蔽技术
利用屏蔽体来削弱或割断干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输，切断电磁波的传播途径，抑制电力电子系统产生的电磁辐射，同时也使电力电子系统免受外界的电磁辐射。用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题不会影响电力电子电路的正常工作。屏蔽体的设计应遵循以下步骤：①确定最易接受干扰电路的敏感度，以确定对完整屏蔽体的评比要求；②屏蔽体的结构设计；③进行屏蔽完整性的工艺设计。
5.2滤波器
电磁干扰器可分为两种：一是电源滤波器，用于抑制电源线输入或输出的传导干扰，二是信号滤波器，用于抑制通信系统中的电磁干扰。
5.3接地
接地的目的一是为保护人身和设备安全，避免雷击、漏电、静电等危害。此类地线称为保护地线，应与大地连接。二是为了保证设备的正常工作，如直流电源常需要有一极接地，作为参考零电位。传输信号也常需要有一极接地作为基准单位，传输信号的大小与该基准电位相比较。对设备进行屏蔽时在很多情况下只有与接地相结合，才能具有应有的效果。接地系统又分为保护地线、工作地线、地环路和屏蔽接地四种。
5.4隔离
隔离的实质是切断共地耦合通道，抑制因地环路引入的干扰。要处理好控制电路入端和出端部分的隔离，为防止外部浪涌电压有输出回路侵入数字电路，一般采用继电气隔离输出、光耦合器隔离输出、变压器隔离输出、印制板之间信号通过缓冲器输出、分散设置电源等。
结语：
随着各种电力电子装置的迅速普及，谐波危害和电磁干扰问题的综合治理工作势在必行。消除电力电子装置谐波污染的工作，可称之为电力电子技术应用的“绿色工程”。通过讨论电力电子设备的电磁干扰及减少传导干扰对电子设备自身、电源系统和其他电子设备影响的所需采取的措施。有效抑制高频传导干扰，提高电子设备的工作性能，这在军事航空领域中具有及其深远的意义。
参考文献：
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[2]裴雪军.电力电子装置传导干扰抑制技术电力电子装置[D].武汉: 华中科技大学，2004．
[3]王兆安，刘进军.电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的进展[J].电力电子技术.1997.
论文作者:姚国祥
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：装置论文; 谐波论文; 电磁干扰论文; 电力电子论文; 干扰论文; 电流论文; 抑制论文; 《电力设备》2017年第33期论文;