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开关磁阻电机调速系统传导EMI研究

余志洪  
【摘要】:开关磁阻电机因其结构简单、性能稳定、以及优越的调速性能被广泛使用于煤矿井下。功率变换器对于开关磁阻电机调速系统(SRD)的机电能量转换至关重要,其由大量的IGBT开关器件组成。IGBT凭借优异的开关性能,极大的降低了开关器件损耗以及减少了散热器体积,但随着IGBT开关频率越来越高,IGBT快速开断瞬间会产生较大的du dt di、dt,带来严重的电磁干扰(EMI)。为了满足电磁兼容性要求,对开关磁阻电机调速系统电磁干扰的研究是很有必要的,本文主要对SRD系统传导电磁干扰的产生、预测和抑制进行了研究和讨论。本文主要对开关磁阻电机调速系统传导电磁干扰进行预测研究,其干扰频段为150k Hz~30MHz。首先本文对型号为FGL40N120ANDTU的IGBT进行双脉冲仿真和实验,分析其开、断暂态过程,说明开关磁阻电机调速系统传导EMI产生的机理,从IGBT产生电磁干扰的原理出发提出抑制干扰的手段。其次针对IGBT等效的电路模型不能描述开关器件的动态特性,本文基于Simplorer平台建立了IGBT动态仿真模型。接着对开关磁阻电机进行有限元分析,建立了5.5kw开关磁阻电机EMI仿真模型。最后采用软硬结合的方式,使用ANSYS Q3D电磁仿真软件和型号为Agilent E4980A的安捷伦阻抗测试分析仪提取了相关元器件的寄生参数。从开关磁阻电机工作原理入手,在准确提取SRD系统主要寄生参数的基础上,采用Simplorer与Maxwell场路联合对电流斩波控制的开关磁阻电机调速系统传导干扰进行仿真预测,并对系统进行传导EMI实验测试,将仿真预测结果和实验测试结果进行对比,验证了传导EMI仿真模型的有效性。在此基础上,基于LISN网络分离提取了系统的差模干扰和共模干扰。电流斩波控制因其控制特点使得输出电流波形呈锯齿状,具有较大的电流变化率,会带来严重的电磁干扰。本文采用单极性正弦励磁电流控制,该策略能降低SRD系统的电流变化率,从而改善系统的电磁干扰。首先本文从单极性正弦励磁电流控制的工作原理着手,搭建了SRD的矢量控制系统。其次通过Simplorer与Maxwell场路联合仿真,证明了本文所提出的控制策略能有效改善系统的电磁干扰。最后针对电流斩波控制的开关磁阻电机调速系统电磁干扰超标问题,本文还设计了一款EMI滤波器,通过实验验证了该滤波器对电磁干扰抑制的有效性,能满足国家标准GB12668.3-2016对干扰电压限值的要求。该论文有图84个,表格7个,参考文献86篇。


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