IGBT逆变焊机电磁骚扰的抑制.pdfVIP

肖介光等：IGBT 逆变焊机电磁骚扰的抑制 IGBT 逆变焊机电磁骚扰的抑制 肖介光，邢敏周，熊刚，李毅，罗明洪 （成都熊谷电器工业有限公司，成都 610091 ） 摘 要：本文从分析IGBT 逆变焊机电磁骚扰的来源、危害入手，结合GB15579.10-2008 《弧焊设备第10 部分： 电磁兼容性(EMC)要求》标准，介绍了采用金属外壳的IGBT 逆变焊机要通过EMC 测试，应采取哪些措施来减 小谐波电流、电源端子骚扰电压，并提出了可行的解决方案。 关键词：电焊机；电磁兼容；EMI 抑制；IGBT 逆变 1 引言 在GB15579.10-2008 强制性国标即将实施之际，如何改善逆变焊机的电磁兼容性（EMC ），使之符合标 准要求已成为各电焊机厂家关心的一个重大课题。 焊机的电磁兼容性测试包括发射、抗扰性试验两方面的内容。由于电焊机本身都具有较强的抗干扰能 力，通过抗扰性试验一般问题都不大。IGBT 逆变焊机的逆变器大多采用了PWM 脉冲宽度调制技术，焊机 输入整流器引起的电流畸变会产生谐波骚扰，IGBT 高速开关时会产生大量耦合性噪声，对与逆变焊机共处 同一电源环境的其他的电子、电气设备来说，逆变焊机是一个电磁干扰源，且长期以来未得到重视和采取 有效措施加以改善，GB15579.10-2008 实施的目的之一就是要解决弧焊设备造成的电网污染问题。 通过我们的实践证明，没有采取EMC 改造措施的IGBT 逆变焊机要想通过发射试验是不可能的，因此， 最值得关注的是如何降低IGBT 逆变焊机的电磁发射，使产品符合GB15570.10 标准（以下简称标准）的要 求，减少焊机对环境的电磁污染。 2 逆变焊机电磁骚扰的主要来源 采用金属外壳的逆变焊机一般都能通过电磁辐射骚扰试验（见标准 6.3.3 ），而谐波电流发射（见标准 6.3.4 ）、电源端子骚扰电压（见标准6.3.2 ）测试超标这两个问题比较突出，我们只要明白了其产生的原因， 针对各自产品的特点采取相应措施，解决起来并不是太难。 2 ．1 输入整流引起的低频谐波骚扰 图1 是全桥IGBT 逆变焊机主电路简图，由图 1 可见，三相380V 电源进入焊机首先要经过三相整流桥 QL1 整流和C2 滤波，滤波电容器的等效容量一般在50～1000µf 之间，在采用大电容器滤波的整流滤波电 路中，整流二极管导通时间较短，滤波电容充电电流瞬时峰值大，电流波形为近似尖脉冲，使 50Hz 正弦 电流波形发生畸变，产生谐波电流。 图1 IGBT 全桥逆变焊机简图 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 图2 是IGBT 逆变焊机的输入相电流、电压波形。由图2 可见，输入电流已不再是正弦波，而是一种 前后沿都比较陡峭的脉冲，由整流、滤波引起的电流波形畸变是IGBT 逆变焊机的共性问题。畸变的电流、 电压高次谐波会沿电源电缆、供电网络产生传导骚扰和辐射骚扰，由于频率相对较低，其辐射水平并不会 很高。 图2 输入电流、电压波形 图3 是一台无谐波抑制措施的IGBT 逆变焊机输出315A 电流时的输入电流谐波频谱，谐波畸变率高达 64 ％，大大超过了GB15579.10-2008 标准中表B7 谐波畸变率（THD ）48 ％的限值，其5 次、7 次谐波电流 幅值过大是 THD 超标的主要原因，11、13 次谐波电流符合标准限值要求。由此可见，低频谐波幅值过大 是THD 超标的主要原因。同时，谐波畸变率高还会对IGBT 逆变焊机的全功率因数产生不利影响。 图3 输入电流谐波频谱(输出电流315A) 2 ．2 由逆变器引起的高频骚扰 大多数工业应用的IGBT 逆变焊机主电路采用了20kHz 全桥或半桥逆变电路，焊机的逆变器开关器件、 快恢复整流管、主变压器在运行时均会产生频率较高的电磁骚扰，高频骚扰可通过线路和多种途径耦合传 输以外，以电磁场的形式向外辐射的强度远大于低频谐波骚扰，对使用金属外壳的焊机而言，由于机壳的 屏蔽作用，这些有害辐射的受害者往往是焊机本身，向外辐射一般