大功率电磁炉电磁兼容性分析与设计

大功率电磁炉电磁兼容性分析与设计武汉理工大学硕士学位论文姓名叶亚宁申请学位级别硕士专业控制理论与控制工程指导教师全书海20090601武汉理工大学硕士学位论文要对大功率电磁炉的电磁兼容性进行了分析。讨论了系统中的主要电磁干扰源，并从传导干扰以及辐射干扰的角度对这些干扰源产生机理进行了分析，对整流电路、逆变电路以及分布电容引起的传导干扰进行了定量计算。提出了一系列抑制干扰信号的方法与措施。首先，对电路以及布局进行了优化，设计了滤波电路以及逆变缓冲电路、隔离电路，从而抑制传导干扰。然后，对系统进行了屏蔽以及接地设计，根据相关标准要求的屏蔽效果，确定系统的屏蔽方式，计算了屏蔽体的屏蔽效能，确定了屏蔽体的结构、材料。从安全地、系统地、信号地、屏蔽地各个角度对系统进行了接地设计。最后，分析了隔离技术在整个系统中的应用。设计了电源滤波器。首先，测量了系统的插入损耗，估算出系统的源阻抗和负载阻抗，分析了源阻抗和负载阻抗对插入损耗的影响，然后根据噪声源阻抗特性和阻抗失配的原则，确定了滤波器的结构，对滤波器的参数进行计算，最后通过对酬滤波器的滤波效果进行了仿真分析，在不同的频率、电压、负载情况下的仿真分析结果表明，该设计方法确实简单、有效，满足设计要求。滤波器关键词大功率电磁炉，电磁兼容性，干扰，武汉理工大学硕士学位论文，锄，丘，独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名日期学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）导师（签名）日期武汉理工大学硕士学位论文第章绪论引言随着各种电子电路和电力电子技术在家庭、工业、交通、国防领域日益广泛的应用，电磁兼容（）技术得到人们普遍关注。现今，它已在分析方法、测量技术、仿真技术方面发展成专门的学科。电磁干扰（）和电磁敏感度（）已成为现代电气工程设计和研究人员在设计过程中必须考虑的问题。电磁兼容技术的历史电磁兼容（）这一概念始于世纪年代，包括了两个方面的含义第一，电子设备在所处的电磁环境中，能按原有设计要求正常工作。它们应具有一定的电磁敏感度，以保证它们对电磁干扰具有一定的抗扰度；第二，电子设备自己产生的电磁干扰不致对它所处的电磁环境造成严重的污染和影响其他设备的正常运行【。电磁干扰（）是人们早已发现的古老问题。年英国著名科学家希雌赛德发表了论干扰的文章，这是研究电磁干扰问题最主要的早期文献。年法拉第发现电磁感应定律，变化的磁场在导线中将产生感应电动势。年麦克斯韦引入位移电流的概念，指出变化的电场将激发变化的磁场，并由此预言电磁波的存在。这种电磁场的相互激发并在空间传播，正是电磁骚扰存在的理论基础。年柏林电气协会成立了“全部干扰问题委员会，成员包括著名的赫姆霍兹、西门子等人。年赫芝用实验证明了电磁波的存在，同时该实验也指出了各种打火系统向空间发射电磁骚扰，从此开始了对电磁骚扰问题的实验研究。年英国邮电部门研究了通信骚扰问题，同期美国的电子世界杂志也刊登了电磁感应方面的论文。年英国有关部门对一千例骚扰问题进行了分析，发现其中是电气设备引起的【】。武汉理工大学硕士学位论文电磁干扰是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低，或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。可见，电磁骚扰仅仅是客观存在的一种物理现象，而电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。电磁骚扰可能是电磁噪声，无用信号或传播媒介自身的变化。严格地说，凡是用电的设备，无论是电网供电，还是电池供电，都会向外发出有害的电磁能，即从骚扰源向外发出有害电磁能量的现象。例如，只要把两个以上的元件置于同一环境中，工作时就会产生电磁干扰的后果，引起性能降低，即装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非期望。电力电子系统中的电磁兼容问题当前电子技术正朝着高频、高速、高灵敏度、高可靠性、多功能、小型化的方面发展，导致了现代电子设备产生和接受电磁干扰的机率大大增加。而随着电力电子装置本身功率容量和功率密度的不断增大，电网及其周围的电磁环境遭受的污染也日益严重，所以已经成为许多电子设备与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。随着电力电子技术的迅速发展，利用各种现代功率半导体快速开关特性构成的各种半导体变流装置，日益广泛地应用于工业、商业、医疗、家电中。他们带来的电磁环境污染问题，已引起了人们广泛的关注。在电力电子装置中，敏感设备包括数字电路、模拟电路以及微处理器、功率器件的驱动电路。干扰源可以通过多种途径将噪声能量耦合到敏感设备上。包括直接传导耦合、公共阻抗传导耦合、远场耦合和近场耦合。电力电子电路的电磁兼容性分析有它的特殊性。电力电子主电路中的大功率开关过程产生的高和疵会引起强大的传导性的；有些高频大功率装置还会产生强电磁场（通常是近场）的辐射，它们会严重地污染周围的电磁环境和电网；此外，这些系统内部的控制电路还必须能承受其主电路及工业应用现场电磁噪声的干扰。由于这些特殊性和测量上的具体困难，所以至今专门针对电力电子系统的研究工作，目前尚处于起始阶段【】。武汉理工大学硕士学位论文电磁兼容性设计的意义电磁干扰与电子设备的抗干扰能力，是既对立、又相互关联的矛盾统一体。一方面，电子设备的日益普及使电磁干扰日益严重；另一方面，电磁干扰又对电子设备的设计提出了更高要求。其核心问题是如何确保电子设备在复杂的电磁环境中能正常工作并达到设计指标。为此，世界各国对电气设备的电磁兼容性均制定了相应的标准。特别在西欧，从年月起，已强制严格执行其相应标准；凡不符合欧洲标准的电气产品，一律不准进入欧洲市场。由此我们可以看出，产品的电磁兼容性已经成为产品进入世界市场大门的通行证。世纪是电子产品的新世纪。缩短设计周期意味着产品必须能做到首件工作正常。已经不再可能执行多次产品创建、测试、再设计的循环过程。如果电磁兼容性问题不能从产品开始研发到设计完成前认真加以解决，产品将无法正常工作。为了保证一个电子设备或系统具有良好的电磁兼容性，电磁兼容措旌一定要尽早考虑，在新产品的设计阶段就应当首先进行电磁兼容设计，考虑得越早，问题越简单，解决问题所需要的成本也越低。这一关系可以用图来形象的说明。通常，电磁兼容设计（包括事先采用的抑制电磁干扰的必要措施）成本在总开发成本中所占的比例很小，如果人们在产品设计初期就进行电磁兼容设计的话，只要适当的选择元部件和材料，在每台售出设备上因之附加的元件成本通常很少，在批量生产的情况下，甚至可以忽略不计【】。决噪声中技术与戚奉开笈帕时闻图电磁兼容开发时间与成本的关系武汉理工大学硕士学位论文从国家电子产品的强制认证、本身产品的运行安全稳定、产品的开发成本控制三方面来看，对大功率电磁炉进行电磁兼容性设计是十分必要的。国内外研究现状电磁兼容作为一门新兴的学科，其理论基础涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等学科与技术，其理论和应用研究始终在不断地发展。电磁兼容领域的理论研究、特性测量和产品开发，需要投入高科技专业人才和巨大的资金，做基础理论研究可能需要至年，甚至年或更长的时间才可能将成果转化为标准，转化为测试技术。而相当于一般性的高科技产品，市场需求量小很多，形成了高投入，低产出的不良局面，因此从事研究的机构较少。在国外，电磁兼容的理论研究主要由一些国立研究机构、较著名的大学和研究所承担，少数实力雄厚的大公司也进行一些基础理论的研究。国外开展电磁兼容技术研究的机构大致分为两类。一类是以美国、英国以及德国等为代表的国立研究机构，他们主要从事各类测量天线、磁场探头、电场探头和测试场地的校准研究，并对外提供服务。另一类则是专门从事校准服务的公司以及检测设备制造商的校准实验室，他们均取得了国际上一些著名认证机构的授权【】。我国最早从事电磁兼容技术研究的是上海电器科学研究所，早在年就开始进行无线电干扰的测量和船用电机电器无线电干扰标准的制定工作。从事电磁兼容学科研究的大学主要有北京邮电大学、北京交通大学和东南大学等。从事电磁兼容检测的研究所有上海电器科学研究所、信息产业部电子三所、四所、五所和广州电器科学研究所、武汉高压研究所等】。针对的具体研究方法，国内外很多学者从不同的角度进行了研究。年，【运用实验测试的方法，描述了开关电源交流测共模和差模干扰的等效电路。年，分析了开关电源的产生机理，以及共模和差模干扰的传播途径，得出了各自的等效电路。年又分析了开关电源中电压上升时间、占空比对共模干扰的影响，认为共模干扰与电压上升时间、占空比无关，与直流电压幅值、开关管对地的寄生电容和开关频率成正比关系。等【】对斩波电路从不同方面进行了研究，得出的结论是干扰频武汉理工大学硕士学位论文谱随直流输入电压线性上升，随开关频率也线性上升，而驱动电阻对干扰频谱的影响只在频率之后，在低于频率时干扰频谱基本不随驱动电阻变化，而负载电流对干扰频谱可以说基本上没有影响。西门子公司的等研究了的变换器在不同工作电压、工作电流、模块封装、门电路、温度、接地状况以及附加元件情况下的共模与差模传导干扰，在采用不同厂家（但额定值相同）的功率开关管时干扰频谱大致相同，不同的只是在频率以上，这是因为不同厂家的功率开关管的电压、电流的上升、下降时间不一致。另外，散热器安全接地与否对干扰频谱有重大的影响，由此得出干扰频谱与开关管对地的寄生电容有直接关系的结论。】提出了一种新的驱动策略，可以折中考虑开关管的开关损耗和电磁干扰，建议的驱动电路使得电压、电流的上升、下降时间与开关管承受的电压、电流无关，一个开关管有两路驱动，一路负责开关管的开通，另一路负责开关管的关断，因此门极驱动电阻在开通和关断时可以不一样，这样就可以根据不同的需要选择不同的开通和关断的驱动电阻，达到在开关损耗和之间折中考虑的目的。等】提出采用插入损耗的方法测量开关电源的源阻抗，这种方法插入电感或者并联电容，根据插入损耗和插入元件的阻抗求得源阻抗的模值，再采用变换得到其相位。等人于年给出开关电源差模滤波器的设计原则，针对一级和两级滤波器分别给出了设计实例，等人于年对开关电源共模和差模干扰描述了滤波器的设计步骤，但是他没有考虑噪声源阻抗的影响。哈尔滨工业大学姜艳姝，徐殿副提出了一种串联有源共模补偿电路的拓扑结构。通过理论分析，在空间矢量调制下，得出三相逆变器共模电压的规律。通过控制补偿电路六个开关管的工作，得到与逆变器反相的共模电压，从而实现补偿的目的。浙江大学的吴听、钱照吲】等人采用扫描仪直接得到开关电源的表面电场干扰分布情况，这样在布线的时候就可以让敏感线路避开电磁场较强的区域，将它们放在干扰较弱的地方，从而减小干扰。进而他们根据干扰的情况，结合祸合系数，开发了辅助设计软件，初步解决了电磁兼容性的部分设计问题。武汉理工大学硕士学位论文目前，对产品进行电磁兼容性设计有两个方法测试修改法和系统设计法。）测试修改法在设计阶段几乎不考虑电磁兼容性，样机完成以后，在对样机进行测试的过程中发现问题，然后进行修改，再测试，再修改，直到样机满足要求。可以想象得出，这种方法的设计盲目性很强。在最后阶段往往要花费大量的时间来测试修改（调试）样机，最终解决方案一般不是最佳（成本最低）的。（）系统设计法在产品的设计过程中仔细预测各种可能发生的电磁兼容问题可用电磁兼容预测软件进行辅助分析），并从设计的一开始就采取各种措施，避免电磁兼容问题。由于是在设计阶段，因此可以采取电路与结构相结合的电磁兼容技术措施。采取这种方法通常能在正式产品完成之前解决的电磁兼容问题。测试修改法和系统设计法具有各自的优缺点。测试修改法可以节省在设计阶段专业电磁兼容支持所增加的成本，不过采用这种方法在产品的最后阶段解决电磁兼容问题不仅困难大，而且成本很高。系统设计法则正好相反，它成功率高，节省开发时间，可以使设计达到最优化（产品成本低），不过它对设计人员电磁兼容水平的要求高，有时需要专门的电磁兼容技术支持，因而增加设计成本。所以，测试修改法适合于比较简单的设备，而系统设计法适合于复杂的设备嗍。由于我国目前的研究水平的限制，大多数电子产品在进行电磁兼容性设计的时候仍然采用的是测试修改法。如何从系统的高度来进行电磁兼容性设计，是我们目前努力的方向。研究内容本课题主要是完成大功率电磁炉系统电磁兼容性的理论研究，熟悉相关的认证标准，针对性的进行相关的电磁兼容设计。主要内容包括以下几个方面（）主电路的电磁理论分析从电磁兼容的角度对电磁炉的主电路进行理论分析，找出系统中的所有电磁干扰源，分析各个电磁干扰源的产生机理，熟悉电磁噪声的耦合路径，了解系统中容易被干扰的设备的具体情况。（）电磁干扰建模，武汉理工大学硕士学位论文进行电磁干扰的仿真分析。定性地描述寄生参数对共模噪声和差模噪声影响的趋势。结合工程设计对器件和布局进行优化，可以通过仿真观测不同的修改对噪声的抑制是否有利。（）系统的抗干扰设计、屏蔽设计、接地设计屏蔽设计与接地设计以及空间布线设计是抑制系统辐射干扰的主要途径。了解电磁场屏蔽的基本原理，计算理想屏蔽体的屏蔽效能计算，对屏蔽体进行材料选型、结构设计、工艺设计。对整个系统的接地进行设计，包括安全地子系统、信号地子系统、机壳地子系统、屏蔽地子系统。尽量从干扰源处和基础的层面削弱本身产生的，增大系统的抗干扰能力。（）电源滤波器的设计主电路中的开关器件产生的电磁干扰以传导干扰为主，目前抑制传导电磁干扰最有效的方法是利用无源滤波技术。设计由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路，既防止电网输电线中的各种高频、超高频及瞬态噪声通过传导耦合进入电子装置，对其造成干扰，又可以防止电力电子装置产生的传导性噪声污染电网。武汉理工大学硕士学位论文第章大功率电磁炉电磁兼容性分析本章主要介绍了感应加热的基本原理以及大功率电磁炉的工作原理，分析了电磁炉中各个模块的工作情况。然后针对各个模块具体的分析了产生干扰信号的机理，最后对系统进行了仿真分析。基本工作原理分析自工业上开始应用感应加热能源以来，已过去将近舳年了。在这期间，感应加热理论和感应加热装置都有很大发展，感应加热的应用领域亦随之扩大，其应用范围越来越广。感应加热也已经或不断地进入到人们的家庭生活中，大功率电磁炉即是利用感应加热来加热食物的一种新型灶具忉。电磁感应加热的基本原理感应加热的过程简单地说就是根据安培定则，线圈中通过交变的电流时周围会产生交变的磁场，当一个导体放入这个交变的磁场中时，根据法拉第电磁感应定律和集肤效应，在导体的表面会产生感应电流（涡流），由于电流的热效应而产生热量。感应加热包含三个基本的要素电磁感应、集肤效应和热量传输。交流磁束涡电漉电加热线圈被加热金属图感应加热原理图图变压器等效电路与次级短路等效电路感应加热的基本原理与变压器类似。图是一个基本的感应加热系统，该武汉理工大学硕士学位论文系统包括感应加热线圈、导体和电源，说明了电磁感应加热原理和集肤效应。图（）是变压器最简单的形式，副边电流与原边电流成正比，比例系数为匝数比。在感应加热的负载等效中，次级只有一圈而且短路时，负载电流（次级电流）会显著增加，因此会产生明显的热损耗，如图（）所示。如图所示，当线圈通以交流电流后，线圈周围产生交变的磁场，导体放入交变的磁场后，由于磁场的变化会引起磁通的变化，根据法拉第电磁感应定律在导体的内部会产生感应电动势，导体表面会产生感应电流（涡流）。如图（）所示，当匝数为的感应线圈上通以交变的电流。时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通妒，交变磁通妒又会在金属工件中产生感应电，导体表面会产生感应电流（涡流）。根据电磁方程式，感应电动势的大小为一塑。班（）式中，是工件等效匝数，假如是按正弦规律变化的，则有妒。“（）那么可得感应电动势为一譬一。叠（）因此感应电动势的有效值为塑净。西（）、，二感应电势在工件中产生感应电流（涡流），使工件加热，其频率与感应线圈通过的电流频率相同，使工件内部（工件表面的电流透入深度层）开始加热，根据焦耳楞次定律得，其焦耳热为一（）式中，电流通过电阻产生的热量（）；感应电流有效值（）；工件的等效电阻（）；工件通电的时间（）。由上面的感应电动势的有效值表达式（）与焦耳热表达式（）可以看出，武汉理工大学硕士学位论文感应电动势及发热功率与交变磁通的频率和磁场强度有关，感应线圈中流过的电流越大，其产生的对应磁通量就越大，因而可以通过增大感应线圈中的电流而使工件中的感应涡流增大；同时，一定条件下提高感应线圈中电流的工作频率也可以提高工件中的感应电流，从而使工件发热效果得到增强，加热速度增快。感应涡流的大小同时与金属工件的截面大小、形状、工件材料的导电率、导磁率及透入深度等因素有关。由此可见，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的。大功率电磁炉的基本工作原理大功率电磁炉的主电路是一个（交流一直流交流）变换器，由三相桥式整流器和单相半桥电压谐振变换器构成。三相交流电源经三相不可控桥式整流器变换为直流电，滤波后，再经单相半桥电压谐振变换器变换成频率为的交流电，该交流电通过加热线圈，产生交变的磁场，交变的磁场在锅具底部产生涡流，从而加热锅具。占三柑工频交流电源入饼黔巴量身睦流桥鞅刊皂恃乖卜一，舟、啊盈叫锟具负载加热线圈盘卿唧图大功率电磁炉工作原理大功率电磁炉的负载就是它所使用的锅具与加热线圈盘，因此，锅具与电磁炉主电路中的线圈盘共同构成了单相半桥电压型逆变器的输出电路，锅具也是主电路中的一个元件。单相半桥电压型逆变电路原理图如图所示，该电路武汉理工大学硕士学位论文有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成。在直流测接有两个相互串联的电容，两个电容的联结点为直流电源的中点，负载（加热线圈盘和锅具）联接在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。图单相半桥电压型逆变电路原理图目前，由于受器件和成本的限制，电磁炉的锅具还仅限于电阻率和磁导率都较高的铁质材料。由前面的分析可以知道，电磁炉的感应加热原理如图所不图电磁炉感应加热原理图输出等效电路如上图所示，按电磁感应原理，当线圈盘的线圈中流过交变的高频电流时，沿线圈盘半径方向会产生闭合的磁力线，磁力线通过锅具的底部时，在锅具底部沿圆周会产生环形电流。根据楞次定律可知，在任一时刻，感应电流的方向总是与线圈盘中电流的方向相反。在锅具底部电流流通的区域，就是被磁力线切割的区域，由于高频电流的集肤效应和邻近效应，锅具底部靠近线圈盘的表面，电流密度最大，锅具表面离开线圈盘的方向往里，电流密度则按指数规律减弱。因此，在锅具底部电流流通的圆环上，高频电流流通的截面是基本固定的，不因锅具底部的厚度而变化。在电流流通截面基本固定的圆环上，锅体材料的电阻就是电磁炉的负载电阻。如图所示，高频电流在该电阻上产生武汉理工大学硕士学位论文的焦耳热，就是电磁炉在锅具上生成的热源。干扰产生机理分析电磁干扰的构成有三个要素，即干扰源（噪声源）、噪声的耦合路径及噪声接收器（被干扰设备）。干扰源和受扰设备在一起，就有从一方到另一方的潜在干扰路径。干扰源和被干扰对象间的噪声耦合有两种方式传导方式和辐射方式。传导耦合是指电磁噪声的能量在电路中以电压或电流的形式，通过金属导线或其它元器件（如电容器、电感器、变压器等）耦合至被干扰设备（电路）。传导耦合又可以分为直接传导耦合和公共阻抗传导耦合。辐射耦合是指电磁噪声的能量，以电磁场能量的形式，通过空间辐射传播，耦合到被干扰设备（电路）。根据电磁噪声的频率、电磁干扰源与被干扰设备（电路）的距离，辐射耦合可以分为近场耦合和远场耦合两种情况【。大功率电磁炉的传导耦合主要有电导性传导耦合、电容性传导耦合、电感性传导耦合以及这几种传导耦合方式的混合。通过对大功率电磁炉主电路的分析可知，系统以半桥逆变电路为核心，模块对输入的直流电压进行高频逆变，在模块的开关过程中，存在非常高的出通过线路或元器件的引线电感引起瞬态电磁噪声。在电磁炉的主功率电路中，会流过功率脉冲，重复频率从千赫兹到千赫兹不等，因而这些脉冲电流中所包含的谐波可以达到几兆赫兹并且产生的电磁噪声强度很大。功率器件与散热器之间分布有寄生电容，在高频时电流会通过这一电容流到与机壳相连的交流电源线的地线中，从而产生共模噪声。辐射耦合绝大多数是近场耦合问题。在大功率电磁炉中主要是高频电流信号对机箱内部电路的近场辐射。下面就传导耦合和辐射耦合分别进行分析传导干扰对于电力电子装置的传导的分析，国内外学者进行了大量的研究，主武汉理工大学硕士学位论文要包括的典型特征分析和的分析预测，对于的典型特性分析得出的主要结论可以大致归结为差模干扰主要由电流的脉动引起，共模干扰主要由咖出与开关管对地的寄生电容引起【。整流电路产生的干扰整流电路是电力电子系统的最基本的电路之一，由于它与交流供电电网直接相连，所以它本身产生的谐波干扰和电磁噪声，以及由它供电的后级电路产生的电磁噪声，均可通过整流电路，以传导耦合的方式引入电网，造成对接在同一电网内的其它设备的干扰。整流电路中，在输出整流二极管截止时有一个反向电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。其中能将反向电流迅速恢复到零的二极管称为硬恢复特性二极管，这种二极管在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰，其频率可达几十兆赫。在大功率电磁炉中使用的是三相不可控整流电路。对于此类带电容滤波的不可控整流电路，要计算整流电路的电磁噪声，可采用和提出的简单图表进行计算【。首先计算辅助参数（。）（）其中国劢厂为电网的角频率为滤波电容器的电容值，单位用；为整流器的等效负载电阻值，单位用。根据的值，可以用图、图求得整流管的导电角倪和电流倍增因子。于是计算得到流过整流管的峰值电流，。仰学（）其中，玑为加到整流电路输入端交流电压的有效值，单位为伏特（）。武汉理工大学硕士学位论文图导电角与的关系图峰值电流倍增因子与的关系为了估算电磁噪声电平，可把上述整流电路的电流波形近似认为是一个梯形波，其幅值等于，宽度为，这样可以利用所总结的曲线族求解【】。但必须注意，纵坐标的单位应用“。为了使用该图表，还必须知道电流脉冲波的上升时间。它可根据如下假设进行计算假设在整流管换流器件，电路中流过的电流仅仅被总的电路电阻（包括主变压器的铜耗）、滤波电容器的内电阻和整流管的差分电阻限流，于是所有这些损耗可以用一个总电阻足来表示。只是脉冲电流的上升时阳和宽度可按下式计算，（）（）武汉理工大学硕士学位论文。亩了逆变电路产生的干扰倪（）在大功率电磁炉中，功率开关管是产生电磁干扰的主要元器件。由于其工作在高频开关状态，通过开关管的电流存在较大的突变，极易产生高频振荡，使开关管成为强烈的电磁干扰源。开关管开关时产生的电压、电流尖峰会加大开关管的开关损耗，造成电路的效率下降，发热增加，散热器增大；会增加开关管的电压、电流应力，使得选管容量的增大，增加成本共模电压叠加了电压尖峰，共模电压的咖缸增大，（）关时的电流环示意图图是开关管关断时的示意图，根据开关管工作状态可知，一个周期内，开关管工作于种状态，即开启、导通、关闭、截止。导通和截止为稳定状态，没有电流突变，不会产生电磁干扰。开启阶段，开关管从反向偏置转变为正向偏置，开关管由截止高阻态向导通低阻态转变，电流迅速上升，存在突变，在武汉理工大学硕士学位论文开关管上产生浪涌电压，但此时开关管阻抗较小仁向导通状态转交，浪涌电压峰值较小，同时存储在寄生电容中的能量通过导通的开关管释放，不产生高频振荡，也不会成为主要的谐波干扰源。只有当开关管从导通状态向截止状态转变时，既存在高阻态，又有电流突变，在寄生电感和电容及开关管关断电阻组成的振荡电路作用下，极易产生高频干扰，直到寄生电感中存储的能量在开关管电阻上消耗掉为止。在图（）中，开通，负载两端的电压为玑。在图（）所示的状态中，已经关断，负载的端电压为。在的关断过程中，如图（）所示，流过图中所示环路的电流必须在换流过程中迅速减小到零。当开始关断时，导通，由二极管的转移特性可知，此时两端电压近似为零，因此可得在的关断过程中，的两端电压为一玑一工妄（）式中，工为环路的寄生电感，包括开关管的内部寄生电感及其它引线电感等。因而，当关断时，在两端将产生很高的电压尖峰。在关断时产生的电压尖峰与类似。开关管两端的电压尖峰如图（）所示，由图可见，开关管关断时两端的电压尖峰大约为。关断的电压尖峰随着负载的大小而变化，负载越大时，别出越大，电压尖峰也就越大，反之越小。二一一三。【一二一。；白。），。（）开关管关断时的电压尖峰（）开关管开通时的电流尖峰图开关管关断、开通时的电压、电流尖峰开关管开通时，由于反并联二极管的反向恢复作用，导通电流会出现电流尖峰假设开关管导通时电流的最大值为，一，则开关管的尖峰电流值，脚可由下式计算武汉理工大学硕士学位论文，斛一，邮（一一（）式中，为开关管的电流上升时间，耐为反并联二极管的反向恢复时间。图（）为开关管开通时实测的电流尖峰波形，左右的电流产生的电流尖峰约为。大功率电磁炉输出侧能够引起高频电压或电流突变的主要器件是快速二极管，在前级电路中，整流二极管和功率开关管都会产生干扰，但是工频整流二极管产生的反向恢复电流峰值远小于高频二极管产生的反向电流峰值。而且工频整流二极管中的讲出也远小于高频二极管。同时，工频整流二极管的出也远小于功率开关管的出，快速二极管是干扰的主要发生源。快速二极管通常工作于高频状态，当二极管从反偏状态转换到正偏状态，或从正偏状态转向反偏状态时，有一个瞬态响应过程。二极管恢复到稳定状态之前要经过一段时间，在这段时间里，二极管上的电压和流经二极管的电流有较大变化，且变化速率较快，在电路寄生电感和电容的作用下，很容易产生振荡，形成谐波干扰【。综上所述，管的开关以及二极管的反向关断是大功率电磁炉产生高频振荡，形成传导干扰的主要原因。分布电容引起的干扰在开关电路中，电压的突变非常迅速，通过各种分部电容的耦合在逆变器的输入和输出端形成共模干扰。为了结构可靠，散热器通常与机壳用螺钉连接在一起，同时为使人体触摸设备时不产生触电，设备外壳一般都要接大地。为保证开关管不过热失效，开关管的集电极、发射极与金属散热片之间只有一个很薄的绝缘层，开关管的金属散热片与散热器紧紧地贴在一起，且需要涂上导热硅脂，这就在开关管的集电极、发射极与散热器之间形成了一个很大的寄生电容。大功率电磁炉工作在高频状态，因而其分布电容不可忽略。一方面，散热片与开关管的集电极间的绝缘片，由于其接触面积较大，绝缘片较薄，因此两者间的分布电容在高频时不能忽略，高频电流会通过分布电容流到散热片上，再流到机壳地，产生共模干扰。武汉理工大学硕士学位论文假设逆变器每个桥臂中点对散热器的寄生电容值为，则共模电压的，不断对该寄生电容进行充放电，引起共模电流。寄生电容，的近似计算公式为。竿（）式中，是开关管与散热片间的绝缘垫片的相对介电常数，是散热片的面积，是绝缘垫片的厚度。串联谐振电路格，时基格，时基图共模电流路径图共模电流波形共模电流的路径如图所示，图中虚线回路所示的共模电流就是前面所述的朝向输入侧的共模电流路径，共模电流就是朝向输出侧的共模电流路径。图是逆变器一个桥臂输出电压和共模电流。的波形。由图可见，每一个开关管通断，就会引起共模电压变化，形成很大的州出，引起共模电流。辐射干扰电磁波发射装置，泛指所有可能辐射电磁波的电子装置，例如无线电广播、通讯、