弧焊設(shè)備網(wǎng)側(cè)電流諧波和傳導(dǎo)發(fā)射的抑制技術(shù)

1、 摘要:分析 了弧焊設(shè)備的 輸入 電 流諧 波 和 傳導(dǎo) 電磁發(fā)射的 產(chǎn)生 原因 , 介紹了 GB15579.10 中 關(guān)于 諧 波 和 傳導(dǎo) 電磁發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)限值, 并 且 闡述 了 輸入 電 流諧 波 和 傳導(dǎo) 發(fā)射的 抑制方法。 關(guān)鍵詞:弧焊設(shè)備; 電 流諧 波 ; 傳導(dǎo) 發(fā)射 中圖分類號(hào):TG434 , TN03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-2303穴2009雪12-0027-07 注:12 次 以下 的 偶次諧波 電 流不 能超過 穴16/ n雪% 。 大 于 12 次 的 偶次 諧波 用與 奇次諧波相同 方 法計(jì) 入 THD 和 PW HD 值 ; 允許相鄰 的 R sce

2、各 值 之間采 用線 性 插 值 ; I 1 為 基 波 電 流 , I n 為 各次諧波 電 流 。表 2特 定條件下的三相平衡專用設(shè)備的電流發(fā)射限值 穴相電流 小 于 等 于 75 A雪 網(wǎng) 電 壓 高 于 濾波 器 的電 容 電 壓 時(shí) 才 從電 網(wǎng) 吸 取 電流 , 導(dǎo)致 電 源 的 輸入 電 流 是 一種 尖 角波 。弧焊 逆 變 電 源 的 輸入 級(jí) 一 般 采 用 單相 或 三 相 不可控整流加 電 容 濾波 , 輸入 電 流 波 形 在 一 個(gè) 供 電 周 期 內(nèi)是兩 個(gè) 穴單 相 雪或 四 個(gè) 穴三 相 雪尖 角波 。 單相 焊接 逆 變 電 源 一種 典 型 的 輸入 電

3、流 波 形 如 圖 1 所示 眼3演。圖 1 單 相 橋式整 流電 路 的 結(jié) 構(gòu) 及 輸入電壓、電流波 形 在 供 電 系統(tǒng) 中, 從 變 電 所 和電 源 方面 來 看 , 要 求 能 充 分 利 用 設(shè)備的 容量 , 減 少 設(shè)備 損 耗 ; 從 用 戶 和 負(fù)載 方面 來 看 , 要 求 電 網(wǎng) 電 壓 的 有 效 值 和 頻率穩(wěn)定, 并 且 電 壓 的 波 形 盡 可 能是 正 弦 波 。輸入 電 流 的 諧波畸變 嚴(yán) 重,電 網(wǎng) 的 配 電 損 耗 就 越 大, 嚴(yán) 重 時(shí) 會(huì) 引 起 電 網(wǎng) 無 功 補(bǔ)償 網(wǎng)絡(luò) 的 諧 振 , 導(dǎo)致配 電事 故 。同 時(shí) , 輸入 電 流 畸變

4、越 嚴(yán) 重,電 源 功 率因 數(shù) 的 畸變 因 子 就 越 小。 而 電 源 的 全功 率因 數(shù) 是 位 移 因子 和 畸變因子 的 乘 積 。傳 統(tǒng) 的 功 率因 數(shù)只表 征 了 位 移 因子 , 即 基 波 電 壓 和電 流 相 位 差 的 余 弦 。而諧波畸變 可 以使 功 率因 數(shù) 的 畸變 因子 大大 增 加 , 進(jìn) 而導(dǎo)致 整流 電 源等 非 線 性 負(fù)載 的 功 率因 數(shù) 降 低 ,浪 費(fèi) 了 電 網(wǎng) 的 供 電 容量 。 為 提 高 逆 變 電 源 的 功 率因 數(shù) , 必須采 用 諧波 抑 制 技術(shù) 降 低輸入 電 流 的 諧波畸變 率 。1.2 輸入電流諧波的 國 家 標(biāo)準(zhǔn)

5、限值在 GB 15579.10 標(biāo)準(zhǔn)中, 單相 電 源 采 用 GB 17625.1規(guī)定的電 流 發(fā) 射限值 ,要 求每相 電 流 小 于等于 16 A ; 三 相 電 源 采 用 IEC 61000-3-4穴 每相 電 流 大 于 75 A雪 和 IEC 61000-3-12穴 每相 電 流 大 于 16 A , 小 于等于 75 A雪 規(guī)定的電 流 發(fā) 射限值 , 當(dāng) 每相 電 流不 大 于 16 A 時(shí) , 標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)諧波 電 流 的 絕 對(duì) 值 有 要 求 ; 當(dāng) 每相 電 流 大 于 16 A 時(shí) , 對(duì)諧波 總 失 真 率 穴THD 雪和部 分 諧波 失 真 率 穴PWHD 雪也 有

6、 要 求 , 表 1 為 單相 的 非 專 用 設(shè)備 最 大 允許諧波 電 流 , 表 2 為 在 特 定 條件下 的 三 相 平 衡 專 用 設(shè)備的電 流 發(fā) 射限值 穴相 電 流 小 于等于 75 A雪 。 其 特 定 條件是指 :穴1雪5次諧波 電 流 相對(duì) 于 基 波 電 壓 相角 在 90°150° , 這 種情況通 常 可 以 采 用 不可控整流 橋 和電 容 濾波 的設(shè)備,包括 3% 交 流 或 4% 直流 的 電 抗 來 實(shí)現(xiàn) 。 穴2雪設(shè)備的 自 身 設(shè) 計(jì)導(dǎo)致 5 次諧波相角 在 0°360° 內(nèi) 沒 有一 個(gè)固 定的 值 , 這 種

7、情況通 常針 對(duì) 于 帶 有 晶閘管全 控整流 橋 的設(shè)備。 穴3雪5次 和 7 次 諧波 電 流 都小 于 基 波 電 流 的 5% , 這 種情況通 常 用 “ 12 脈波” 整流 設(shè)備。 目 前 市 場 上 的電焊 機(jī) 基 本 上 都符 合標(biāo)準(zhǔn) 所 指 “特 定 條件 ” 的設(shè)備, 所 以 可 以 采 取 相對(duì) 寬 松 的 諧波 限值 標(biāo)準(zhǔn)?；『鸽?源 諧波 電 流 發(fā) 射試 驗(yàn) 在 最 大 額 定焊接電 流情況 下測試 2 min , 弧焊電 源使用 GB 15579.1 規(guī) 定的標(biāo)準(zhǔn) 阻 性 負(fù)載 , 需 測試 每 種 工作 模 式下 的 諧波 電 流 發(fā) 射值 。1.3 弧焊設(shè)備的

8、諧波 抑 制諧波 抑 制 技術(shù) 一 般又 可分為 無源 方 法 和 有 源 方 法 兩 大 類 。無源 方 法 就 是在 整流 橋 的 交 流 側(cè) 或 直流 側(cè) 安 表 1 非專用設(shè)備最大允許諧波電流 穴相電流 小 于 等 于 16 A雪討 論 弧 焊 設(shè) 備 EMC 及 焊 接 環(huán) 境 EMF專題討論第 卷 放 LC 濾波 器 , 這是 一種 傳 統(tǒng) 的 補(bǔ)償 無 功功 率 和 諧波 的 手 段 , 其 結(jié) 構(gòu) 簡 單 , 對(duì) 補(bǔ)償 特 定 頻率范 圍 的 諧 波 有一 定 效 果 , 但 是無源 濾波 器 的 等 級(jí) 必須 與 負(fù)載 的 無 功功 率 相 當(dāng) , 而 且 它 的 補(bǔ)償 特

9、性 容 易受 到 電 網(wǎng)阻 抗 和 負(fù)載 變 化的 影響 ,并 且 容 易 產(chǎn) 生 電 流 諧 振 和 電 壓 諧 振 , 造 成設(shè)備 損壞 。尤 其是 對(duì) 于 負(fù)載不 斷 變 化 的焊接電 源 來 說 ,很 難 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 能 夠 涵 蓋 整 個(gè) 負(fù)載 范 圍諧波 的 LC 濾波 器 。 本 研究 在 整流 橋 的 直流 側(cè) 設(shè) 計(jì) 了 一 個(gè) LDC 濾波 電 路 , 如 圖 2 所示 , 可 以 抑 制 LC 振蕩 , 降 低 直流 線上 的電 壓 紋 波 。 同 時(shí)通 過 優(yōu) 化 參 數(shù) 設(shè) 置 , 可 以使 弧焊 逆 變 電 源 的 功 率因 數(shù) 提 高 到 95% , 電 流

10、總 諧波畸變 率低于 30%, 采 用 較 低的成 本達(dá) 到了 表 2 規(guī)定的 諧波 限值 要 求 。 a 電 路 原理 b 輸入相電壓和相電流 圖 2 LDC 濾 波電 路采 用 有 源 的方 法 解 決 諧波 污染 問題 ,是 通 過 電 力 電 子 技術(shù) 來 消 除 輸入 電 壓、電 流 的 諧波 分 量 , 通 過 電 力 電 子 元 件 的開 關(guān) 作 用 ,使輸入 的電 壓、 電 流 波 形 接 近 于 正 弦 波 ,將 其 最 低 次諧波 分 量 移 到 高 頻范 圍 , 剩 余 諧波 分 量用無源 濾波 的方 法 就 可 以很容 易 的 濾除 。 與無源 諧波 抑 制 相 比 ,

11、有 源 諧波 抑 制具有 明 顯 的 優(yōu) 越 性, 能 夠 對(duì)變 化的 諧波 進(jìn) 行 迅 速 的 動(dòng) 態(tài) 跟蹤 補(bǔ)償 , 而 且 補(bǔ)償 特 性 不 受 電 網(wǎng) 特 性和 負(fù)載 波動(dòng) 的 影響 。 采 用 有 源 諧波 抑 制 的方 法 , 可 以 大 幅 度 提 高 功 率因數(shù) , 減 少 逆 變 電 源 對(duì) 電 網(wǎng) 的 諧波 污染 ,同 時(shí) 也 可 以 降 低 供 電 變 壓 器 的 容量 ?；?本 思 路 有 兩條 :一 是 采 用 補(bǔ)償 技術(shù), 裝 設(shè) 諧波 補(bǔ)償 裝置 來 補(bǔ)償 諧波 ,這 對(duì) 任 何諧波 源 都 是 有 效 的; 二 是 采 用 校 正 技術(shù),對(duì) 成 為 諧波 源 的

12、電 力 電 子裝置 本 身 進(jìn) 行改 造 ,使其 不 產(chǎn) 生 諧波 , 且 功 率因 數(shù) 可控制為 1 。 后 者 是 綠 色 逆 變 焊接 電 源 最 主要的 內(nèi)容 。有 源 諧波 抑 制 的研究 內(nèi)容 主要 集 中 在 有 源 功 率因 數(shù) 校 正 、 可控整流 和 有 源 濾波 三 個(gè) 方面。功 率因 數(shù) 校 正 通 常 是在 橋 式 整流 之 后 增 加一 個(gè)Boost 電 路 , 如 圖 3 所示 。 通 過 功 率 元 件 的開 關(guān) 作 用 ,使輸入 電 流 變 成 與 電 網(wǎng) 電 壓 幾 乎 完 全同相 的 正 弦 波 , 可 以使電 流 畸變 率 降到 5% 以下 , 功 率因

13、 數(shù) 提 高 到 0.99 或 更 高。圖 3 Boost PFC 電 路 原理工作 原 理 是 :功 率 管 VT穴 由 控制 電 路 控制 雪導(dǎo) 通 時(shí) , 輸入 電 壓 U in 全 部 加 在 電 感 L 上 , 隨 著 輸入 電 壓 U in 的 上 升 , 通 過 電 感 L 的電 流 也 隨之 上 升 ; 當(dāng) 功 率 管 關(guān)斷 時(shí) , 電 感 產(chǎn) 生 與輸入 電 壓 同 極 性的 感 應(yīng) 電 壓 U L 。 此 時(shí) , 功 率 管 兩 端 的電 壓 為 U in + U L , 該 電 壓 通 過二極 管 VD 送 到 電 容 C 。 這 樣 ,輸入 電 感 L 的平 均 電 流

14、 就會(huì) 跟蹤 正 弦 電 壓 的 變 化, 電 流 波 形 接 近 于 和電 壓 同相 位 的 正 弦 波 , 功 率因 數(shù) 近 似 為 1 。 為 實(shí)現(xiàn) 諧 波 抑 制 功 能 , Boost PFC 電 路 的 輸 出 電 壓 U o 必須 大于 整流器 輸 出 的 峰 值 電 壓 。 采 用這 種 技術(shù),可 以 保 證 每相 電 流 小 于等于 16 A 的 單相 非 專 用 弧焊設(shè)備滿足 表 1 的 諧波 限值 要 求 。該 電 路 及 其 變 體 形 式是 實(shí)現(xiàn) 單相 輸入 焊接設(shè)備 有 效 的 諧波 抑 制 電 路 ,其 主 要的 問題 是如 何 進(jìn) 一 步 降 低 成 本 , 提

15、 高 效 率 和 提 高 可 靠 性。三 相 大 功 率 電 路 的 有 源 諧波 抑 制 技術(shù) 一直 是國 內(nèi)外 電 力 電 子 學(xué) 領(lǐng)域 專家 們 不 懈追 求 的目標(biāo),總 體 來 說 是 從 以下 三種 途 徑 開 展 研究工作 眼4演:穴1雪在 成 熟 的 單相功 率因 數(shù) 校 正 電 路 基 礎(chǔ) 上 ,開 發(fā) 簡 單 易 行的 三 相功 率因 數(shù) 校 正 技術(shù),將升 壓 電 感討 論 弧 焊 設(shè) 備 EMC 及 焊 接 環(huán) 境EMF PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 和 功 率 開 關(guān) 放 在 三 相 整流 橋 的 輸入 側(cè) ,如

16、圖 4 所示 , 控制 每 一 相 的 輸入 電 感 電 流直 接 跟蹤 正 弦 波波 形 。 由 于 電 感 直 接接 在 電 網(wǎng) 的 相 線上 , 控制 了 電 感 的平 均 電 流 跟蹤 相 應(yīng) 的 相 電 壓 變 化 就 是 控制 了輸入 電 流 的 波 形 跟蹤 輸入 電 壓 的 變 化, 使 電 路 在 單 位 功 率因 數(shù) 下 工作,具有 良好 的 諧波 抑 制 效 果 。 當(dāng)然 , 由 于 電 感 接 在了 交 流 側(cè) ,電 流流 向 是 正 負(fù) 兩 個(gè) 方 向 , 所 以 要 求功 率 開 關(guān) 元 件 也 是 雙 向 的。 從 整 個(gè) 電 路 結(jié) 構(gòu) 來看 , 是 將 整流器

17、 的 交 流 輸入 電 壓 升 高,整 個(gè) 電 路由 三 套 交 流 的 Boost 電 路 組 成, 在 電 路 工作的 每 一 瞬 時(shí) , 這 三 套 交 流 的 Boost 電 路 都 同 時(shí) 在 工作, 電 源 的 每 一 相 都 向 輸 出 端 提 供 能量 。 這 個(gè) 電 路 也 正 是 利 用 這 一 特 點(diǎn) 來 實(shí)現(xiàn) 三 相 電 路 輸入 電 流 的 諧波 抑 制 。在 任一時(shí) 刻 , 每 一 相 都接 有一 個(gè) Boost PFC 電 路 , 電 路 的 控制 方 式 可 以 采 用 任 何 一種 成 熟 單相功 率因 數(shù)校 正 的 控制 方 式 ,如 平 均 電 流 型 控

18、制 。 這 三 套 交 流 升 壓 電 路 可 以 采 用 相同 的 控制 電 路 ,每 套 電 路 分別 采 用 各 自 的電 流反 饋 回路 ,采 用 同 一 個(gè) 電 壓 反 饋 回 路 , 形 成 一 個(gè) 三 個(gè) 電 流反 饋 內(nèi) 環(huán) 、一 個(gè) 電 壓 反 饋 外 環(huán) 的 多 閉 環(huán) 系統(tǒng) 。 每個(gè) 電 流環(huán) 的設(shè) 計(jì) 方 法 和平 均 電 流 型 控制 的 單相 Boost PFC 電 路 電 流 內(nèi) 環(huán) 的設(shè) 計(jì) 方法 完 全相同 。而 電 壓外 環(huán) 的設(shè) 計(jì) 和 單相 Boost PFC 電 路 稍 有不 同 的 是 ,其 帶 寬 的 選 擇 可 以 稍稍 放 寬 , 因 為 輸

19、出 端 電 容 紋 波 的 頻率是 電 網(wǎng)供 電 頻率 的 3 倍 。圖 4 交 流 升 壓 方 式 的三相 功 率 因數(shù)校正 電 路穴2雪采 用 可控整流器 法 , 用 可控 開 關(guān) 元 件 代替 常規(guī) 整流器 的 二極 管 , 如 圖 5 所示 。 采 用 空 間 矢 量或滯 環(huán) 電 流控制 等 方 法 , 通 過 每 一 個(gè)功 率 開 關(guān) 器 件在一 周 期 內(nèi) 多次 開 通 和 關(guān)斷 ,在 保 證 直流 輸 出 電 壓穩(wěn) 定的 前 提 下 ,從電 網(wǎng) 吸 取 諧波含 量低 的 正 弦 波 電 流 。 這 種 方 案 有 源 功 率 開 關(guān) 元 件 較 多 ,控制 方 法 復(fù) 雜 , 一

20、 般 用于 電 機(jī) 拖 動(dòng) 和 變 頻 調(diào) 速 等能量 雙 向 流 動(dòng) 的 裝 置 , 而 應(yīng) 用在 負(fù)載 大 范 圍波動(dòng) 的弧焊 逆 變 電 源 中 會(huì) 使 成 本 大 幅 度 增 加 。 PWM 整流器 配 合 PWM 逆 變 器可 構(gòu) 成 理 想 的四 象 限 變 流器 ,即 雙 PWM 變 流器 , 這 樣 不 但 輸 出 電 壓、電 流 都 是 正 弦 波 , 輸入 電 流 也 是 正 弦 波 , 且 功 率因 數(shù) 為 1 , 還 可 實(shí)現(xiàn)能量 的 雙 向傳遞 , 是 一種非 常 有 前 途 的 變 流 技術(shù)。但 是 , 這 種 變 流 器 采 用 的 功 率 元 件 較 多 , 控

21、制 方 法 非 常 復(fù) 雜 ,距 實(shí) 際應(yīng) 用 還 有一 定的 距 離 。穴3雪采 用 并 聯(lián) 有 源 濾波 技術(shù) 眼5-6演。 并 聯(lián) 型 有 源 濾波 器 用于 補(bǔ)償 電 流 型 諧波 的 典 型結(jié) 構(gòu) 如 圖 6 所示 。 由于 負(fù)載 R L 從電 網(wǎng) 吸 取 的電 流 含 有 大 量 的 諧波 ,而 有 源 濾波 器 用 來 補(bǔ)償 負(fù)載 產(chǎn) 生 的 諧波 ,同 時(shí) 這 種 方 法 也 能 對(duì) 負(fù)載 的 無 功功 率進(jìn) 行 補(bǔ)償 。 有 源 濾波 器 的主電 路 結(jié) 構(gòu) 是 一 個(gè) 三 相 電 壓 型 變 流器 ,其 一 方面從 電 網(wǎng) 中 吸 收 有 功功 率 ,用以 補(bǔ)償 開 關(guān) 損

22、 耗 , 維 持直 流 側(cè) 電 容 電 壓 的 穩(wěn) 定;另 一 方面 根據(jù) 指 令 電 流 產(chǎn) 生 諧波 電 流 , 對(duì) 負(fù)載 產(chǎn) 生 的 諧波 和 無 功 進(jìn) 行 補(bǔ)償 。有 源 濾波 技術(shù)的 優(yōu) 點(diǎn) 是 理 論 上 可 以 對(duì) 任 何諧波 進(jìn) 行 補(bǔ)償 , 并 且 與上 述 兩 種 技術(shù) 途 徑 不 同 , 負(fù)載 功 率 并不 全 部 通 過 諧波 抑 制 技術(shù),在 提 高 補(bǔ)償 容量 方面 前 景 廣 闊 。 從主電 路 的 結(jié) 構(gòu) 看 ,有 源 濾波 器 的 構(gòu) 成 是 一 個(gè) 電 壓 型 的 PWM 變 流器 ,因此 它 具有一 般 變 流 器 的 特 點(diǎn) , 同 時(shí) , 因 為 其

23、 和電 網(wǎng) 電 壓 有 交 互 作 用 ,同 時(shí) 要 求對(duì)諧波 進(jìn) 行 補(bǔ)償 , 所 以 要 求 的 跟蹤 速 度和 精 度 也 高 于 一 般 的 變 流器 或 者 變 頻 器 。 圖 5 三相 橋式 PWM 整 流電 路討 論 弧 焊 設(shè) 備 EMC 及 焊 接 環(huán) 境 EMF專題討論第 卷 2 弧焊設(shè)備的 傳導(dǎo) 電磁發(fā)射 抑 制 技術(shù)2.1傳導(dǎo) 電磁發(fā)射的 產(chǎn) 生除 了 諧波 電 流 發(fā) 射以外 , 弧焊設(shè)備 在 工作 時(shí) 還 會(huì) 產(chǎn) 生 一 些 更 高 頻率 的 干擾 ,通 過 電 源線 傳 播 到 電 網(wǎng) , 對(duì) 電 網(wǎng)造 成 污染 ,這 種 電 磁干擾 稱 為 傳 導(dǎo) 騷擾 發(fā) 射

24、 。 產(chǎn) 生 傳 導(dǎo) 騷擾 的主要 原 因是 :穴1雪弧焊設(shè)備的電 力 電 子 開 關(guān) 器 件或 者 數(shù) 字電 路 在 工作 時(shí) 產(chǎn) 生 的 瞬 態(tài) 變 化和 脈 沖 電 壓 ; 穴2雪在 輻 射 場 中, 弧焊設(shè)備電 源線 上感 應(yīng)到 的電 壓以 傳 導(dǎo) 方 式 發(fā) 射 出 去 ?；『鸽?源 交 流 電 源輸入 端 口 的 傳 導(dǎo) 騷擾 按 其產(chǎn) 生 機(jī) 理 和 傳 播 形 式 分為 兩 種:差 模 騷擾 電 流 和共 模 騷擾 電 流 。如 圖 7 所示 ,差 模 騷擾 電 流 I d 是指 相 線 之間 流 過 的 噪 聲 電 流 。 差 模 騷擾 電 流 大小 相 等 ,方 向 相 反

25、 。 在 弧焊電 源 中, 差 模 騷擾 電 流 主要 是 由 開 關(guān) 噪 聲 和 電 路 的 振蕩 引 起 , 集 中 在低頻 段 。 共 模 騷擾 電 流 I c為 相 線與 地 線 之間 流 過 的 噪 聲 電 流 。共 模 騷擾 電 流 大小 相 等 , 方 向 相同 ,地 線 為 公共電 流 回 線 。 在 弧焊 電 源 中, 共 模 騷擾 電 流 主要 是 由 寄 生 參 數(shù) 引 起 的,因 為 高 頻 時(shí) , 變 壓 器一 次 側(cè) 與 二 次 側(cè) 、變 壓 器一 次 側(cè) 與機(jī) 殼 、 變 壓 器 二 次 側(cè) 與機(jī) 殼 都 會(huì) 產(chǎn) 生 寄 生 電 容 , 為 電 路 中的 噪 聲

26、電 流 提 供 了 一 條低 阻 抗 通 道 。此外 , 共 模 回路 的 環(huán) 路 面 積較 大, 弧焊電 源內(nèi) 的電 磁 場 變 化 會(huì) 在 回路 中 感 應(yīng)出 較 大的 噪 聲 電 流 。 弧焊電 源 中的 共 模 噪 聲 主要 集 中 在 10 MHz 以上 的高 頻 段 。寄 生 參 數(shù) 引 起 的主電 路 的 寄 生 振蕩 ,是 大 功 率 弧焊電 源 產(chǎn) 生 電 磁干擾 的重要 因 素 。在 硬 開 關(guān) 電 路 中, 開 關(guān) 管 關(guān)斷 時(shí) , 變 壓 器 漏 感 所 產(chǎn) 生 的 反 電 勢 會(huì)使 開 關(guān) 管 的 集 射 極 之間 出 現(xiàn) 電 壓過 沖 。這 種 電 壓 突 變 是

27、一種 傳 導(dǎo) 性電 磁干擾 ,既 影響 變 壓 器 的 一 次 側(cè) , 還 會(huì) 使 電 壓 尖 峰 傳 導(dǎo) 到 電 力系統(tǒng) ,產(chǎn) 生 電 源線 端 口 的 傳 導(dǎo) 電 磁 發(fā) 射 。變 壓 器 二 次 側(cè) 回路 中的 快恢 復(fù)整流 二極 管 在 反 向 恢 復(fù)時(shí) 間 內(nèi) , 由 于 短 路 效 應(yīng) , 整流 二極 管 的 寄生 電 容與 導(dǎo) 線 的 分布 電 感 一起 產(chǎn) 生 高 頻 振蕩 ,導(dǎo)致 二 次回路 產(chǎn) 生 極 大的電 流 尖 峰 和開 關(guān) 管 集 電 極 電 流 尖 峰 。由 于 高 頻 變 壓 器自 身 漏 感 的 原 因 ,流 經(jīng) 變 壓 器 繞 組 的電 流 形 成 磁 通

28、, 其 中大部 分通 過磁 導(dǎo) 率 較 高 的 磁 心 , 但 仍 然有 少 部 分 輻 射 出 去 , 產(chǎn) 生 電 磁感 應(yīng) 噪 聲 。 此外 , 高 頻 功 率 變 壓 器 的 一 次 側(cè) 和 二 次 側(cè) 之間 存 在 的 分布 電 容 ,可 能 會(huì) 將 一 次 高 頻 電 壓 直 接 耦 合 到 二 次 側(cè) 去 ,在 二 次 側(cè) 作 直流 輸 出 的電 源線上 產(chǎn) 生同相 位 的共 模 噪 聲 。 另 外 , 由 于 功 率 開 關(guān) 管 與 散 熱 片 的接 觸 面 積較 大, 因此兩 者 之間 的 分布 電 容在 逆 變 頻率 較 高 時(shí)不 能 忽略 , 高 頻 電 流 會(huì) 通 過 分

29、布 電 容 流到 散 熱 片 上 , 最 后 流到 與機(jī) 殼 地 相 連 的 交 流 電 源 的 保 護(hù) 地 線上 , 由 此 產(chǎn) 生 共 模 輻 射 。 2.2 傳導(dǎo) 電磁發(fā)射的 國 家 標(biāo)準(zhǔn)限值GB 15579.10 關(guān) 于 傳 導(dǎo) 電 磁 發(fā) 射限值 采 用 GB 4824-2004 的規(guī)定。 GB4824 中工 、 科 、 醫(yī) 設(shè)備產(chǎn) 生 和穴或 雪使用射頻能量 的方 式 來分 ,可分為 1 組 設(shè)備和 2 組 設(shè)備 :1 組 設(shè)備 是指 為 發(fā) 揮 其 自 身功 能 需 要 而 包 含 著 專 門 產(chǎn) 生 和 穴或 雪使用 傳 導(dǎo) 耦 合 射頻能量 的 所有 工 、 科 、 醫(yī) 設(shè)備

30、; 2 組 設(shè)備 是指 為 材料 處 理 、 電 火 花腐蝕 等 功 能 的 需 要 而 包 含 專 門 產(chǎn) 生 和 穴或 雪使用 電 磁 輻 射射頻能量 的 所有 工 、 科 、 醫(yī) 設(shè)備。 弧焊設(shè)備 屬 于 2 組 設(shè)備。根據(jù) 使用 場 合,工 、 科 、 醫(yī) 設(shè)備 又 可分為 A 類 設(shè)備和 B 類 設(shè)備 :A 類 設(shè)備 是指 非 家 用 和 不直 接 連 接 到住宅 低壓 供 電 網(wǎng)絡(luò) 的 所有 設(shè) 施 中 使用 的工 、 科 、 醫(yī) 設(shè)備; B 類 設(shè)備 是指在 家 用 設(shè) 施 內(nèi) 和 直 接 連 接 到住宅 低壓 供 電 網(wǎng)絡(luò) 上 的設(shè) 施 內(nèi)使用 的 所有 工 、科 、 醫(yī) 設(shè)備

31、。 A 類 設(shè)備 既 可 在 標(biāo)準(zhǔn) 試 驗(yàn) 場 內(nèi)測試 ,也 可 在使用現(xiàn) 場 測試 。 B 類 設(shè)備 只 能在 標(biāo)準(zhǔn) 試 驗(yàn) 場 內(nèi)圖 6 并聯(lián) 型 有 源 濾 波 器 補(bǔ)償 電流源的典型 結(jié) 構(gòu)圖 7 弧焊電源 傳導(dǎo) 騷擾 傳 播 路 徑 討 論 弧 焊 設(shè) 備 EMC 及 焊 接 環(huán) 境 EMFPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建專題討論 第 39 卷 測試， 對(duì)于 B 類設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的要求更高。 弧焊電源多屬 于 A 類設(shè)備。 弧焊設(shè)備電源端口電壓騷擾限值要求 如表 3 所示。 表 3 負(fù)載狀態(tài)下設(shè)備電源端口電壓騷擾限值要求 B類 dBV A

32、類 dBV 頻率 /MHz A 類>100 A dBV 準(zhǔn)峰值 平均值 準(zhǔn)峰值 平均值 準(zhǔn)峰值 平均值 66 · · · 隨頻 率對(duì) 數(shù)線 性減 小至 · · · 56 56 56 · · · 隨頻 率對(duì) 數(shù)線 性減 小至 · · · 46 46 0.150.50 100 90 130 120 0.505.00 專 題 討 論 弧 焊 設(shè) 備 EMC 及 焊 接 環(huán) 境 EMF 530 60 50 則在每種工 如果弧焊電源存在多種工作模式， 最低 作模式下都需進(jìn)行測試。

33、 在每種模式下的空載、 進(jìn) 額定電流和 100% 負(fù)載持續(xù)率都需要進(jìn)行測試。 測試中首先進(jìn) 行火線和零線的共模騷擾發(fā)射測試。 行峰值檢波與平均值檢波方式的預(yù)測試， 如果峰值 檢波測試的結(jié)果無法滿足準(zhǔn)峰 值檢波 方式的指 標(biāo) 要求， 則在無法滿足的部分再進(jìn)行準(zhǔn)峰值檢波方式 的最終測試。 互聯(lián)電纜的擺放方式和相 在傳導(dǎo)騷擾實(shí)驗(yàn)中， 所以為了保證試驗(yàn) 互距離會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響， 的重復(fù)性， 每次試驗(yàn)前需要對(duì)布局進(jìn)行記錄。 注： 表示適用于輸入電流 I1max 超過每相 100 A 的設(shè)備。 90 · · · 隨頻 率對(duì) 數(shù)線 性減 小至 · · &

34、#183; 70 86 80 · · · 隨頻 率對(duì) 數(shù)線 性減 小至 · · · 60 76 125 115 干擾濾波器， 這是普遍采取的方式， 也是目前 電磁 兼容性設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容。 在 弧焊電源輸入處 加入噪聲 抑制元 件或 EMI 濾波器都可以改善弧焊電源的傳導(dǎo)騷擾發(fā)射水平。 典型的電源輸入 EMI 濾波器結(jié)構(gòu)如圖 8 所示， C1C3、 主要用來濾除來 C4C6 為兩組星形接法的電容組， 自 電網(wǎng)側(cè) 的差模騷擾信號(hào) ； L1 L3 為 繞 在同 一 磁心 上的三個(gè)相同繞法的線圈， 主要是用來增加共模通 路的阻抗， 與接機(jī)

35、殼地的星形電容器組 C7C9 組成 對(duì)來自 電網(wǎng)側(cè)和負(fù) 共 模 騷擾信號(hào)的 LC 濾波網(wǎng)絡(luò)， 載側(cè)的共模騷擾信號(hào)同時(shí)起作用； C10C12 為三角形 主要 用 來 濾 除 來自負(fù)載 側(cè) 的 差 接 法 的電 容 器 組 ， 模騷擾信號(hào)。 115 105 圖8 輸入 EMI 濾波器結(jié)構(gòu) 2.3 傳導(dǎo)電磁發(fā)射的抑制技術(shù) 在功率元 目前弧焊設(shè)備多采用電力電子裝置， 件開關(guān)過程中不可避免地產(chǎn)生電磁干擾穴EMI雪 和射 頻干擾穴RFI雪。 這些高頻干擾不僅對(duì)供電系統(tǒng)、 通信系 而且對(duì)設(shè)備自身也會(huì) 統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)造成干擾， 產(chǎn)生干擾， 尤其是目前電力電子裝置普遍采用計(jì)算 要解決高 機(jī)或單片機(jī)控制， 這個(gè)

36、問題顯得尤為嚴(yán)重。 一般可采用兩種改進(jìn)方 式： 頻干擾問題， 一是添 加 合適的 EMI 濾波器； 二是針對(duì)弧電源干擾源產(chǎn)生機(jī) 一般在電源和 理， 對(duì)此電源重新進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。 電網(wǎng)之間、 電源的主電路和控制電路之間安裝電磁 ·32 · Electric Welding Machine EMI 濾波器的電路原理很清晰， 不同的參數(shù)配 置對(duì)不同頻段的騷擾信 號(hào)的濾除效果是 大不相同 的。 對(duì)某臺(tái)傳導(dǎo)騷擾電流超標(biāo)的 IGBT 開關(guān)弧焊電 源進(jìn)行改裝， 分別使用兩種不同 參數(shù)的 濾波器， 試 驗(yàn)結(jié)果如圖 9 所示。 由圖 9 可以看出， 濾波器 a 和濾 波器 b 的安裝都能改

37、善 該弧焊電 源的傳 導(dǎo)騷擾發(fā) 射水平。 EMI 濾波器 a 對(duì)低頻衰減較大， EMI 濾波器 b 對(duì)高頻衰減較大， 這是由于兩種 EMI 濾波器電氣 參數(shù)不同， EMI 濾波器 a 對(duì)高頻共模騷擾電流衰減 較大， 而 EMI 濾波器 b 對(duì)低頻差模騷擾電流衰減較 大。 根據(jù)弧焊電源傳導(dǎo)騷擾電流的成分不同， 選擇 合適的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和元件參數(shù)， 可以很好地抑 眼7-13演 制弧焊電源的傳導(dǎo)騷擾發(fā)射 。 穴1雪輸入電流諧波和傳導(dǎo)電磁 發(fā)射是 弧焊設(shè)備 電磁兼容性能的關(guān)鍵指標(biāo)。 穴2雪單相小功率的非專用弧焊設(shè)備， 需采用 Boost PFC 電 路和變體 形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 整流橋 加濾波電 其諧波

38、限值可以達(dá)到 GB 15579.10 規(guī) 容的輸入電路， 定的非專用設(shè)備最大允許諧波電流要求。 穴3雪三相大功率的專用弧焊設(shè)備， 可以在整流橋 的直流側(cè)加裝 LDC 濾波電流電路， 通過優(yōu)化參數(shù)設(shè) 3 結(jié)論 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 專題討論 陳樹君等： 弧焊設(shè)備網(wǎng)側(cè)電流諧波和傳導(dǎo)發(fā)射的抑制技術(shù) 第 12 期 a 濾波器 a 圖 9 EMI 濾波器對(duì)傳導(dǎo)騷擾的抑制 b 濾波器 b 置， 可以使弧焊逆變電源的功率因數(shù)提高到 95%， 電 流總諧波畸變率低于 30%， 采用較低的成本達(dá)到了 GB 15579.10 規(guī)定的特定條件下專用設(shè)備最大