弧焊设备网侧电流谐波和传导发射的抑制技术

1、 摘要:分析 了弧焊设备的 输入 电 流谐 波 和 传导 电磁发射的 产生 原因 , 介绍了 GB15579.10 中 关于 谐 波 和 传导 电磁发射的标准限值, 并 且 阐述 了 输入 电 流谐 波 和 传导 发射的 抑制方法。 关键词:弧焊设备; 电 流谐 波 ; 传导 发射 中图分类号:TG434 , TN03 文献标识码:A 文章编号:1001-2303穴2009雪12-0027-07 注:12 次 以下 的 偶次谐波 电 流不 能超过 穴16/ n雪% 。 大 于 12 次 的 偶次 谐波 用与 奇次谐波相同 方 法计 入 THD 和 PW HD 值 ; 允许相邻 的 R sce

2、各 值 之间采 用线 性 插 值 ; I 1 为 基 波 电 流 , I n 为 各次谐波 电 流 。表 2特 定条件下的三相平衡专用设备的电流发射限值 穴相电流 小 于 等 于 75 A雪 网 电 压 高 于 滤波 器 的电 容 电 压 时 才 从电 网 吸 取 电流 , 导致 电 源 的 输入 电 流 是 一种 尖 角波 。弧焊 逆 变 电 源 的 输入 级 一 般 采 用 单相 或 三 相 不可控整流加 电 容 滤波 , 输入 电 流 波 形 在 一 个 供 电 周 期 内是两 个 穴单 相 雪或 四 个 穴三 相 雪尖 角波 。 单相 焊接 逆 变 电 源 一种 典 型 的 输入 电

3、流 波 形 如 图 1 所示 眼3演。图 1 单 相 桥式整 流电 路 的 结 构 及 输入电压、电流波 形 在 供 电 系统 中, 从 变 电 所 和电 源 方面 来 看 , 要 求 能 充 分 利 用 设备的 容量 , 减 少 设备 损 耗 ; 从 用 户 和 负载 方面 来 看 , 要 求 电 网 电 压 的 有 效 值 和 频率稳定, 并 且 电 压 的 波 形 尽 可 能是 正 弦 波 。输入 电 流 的 谐波畸变 严 重,电 网 的 配 电 损 耗 就 越 大, 严 重 时 会 引 起 电 网 无 功 补偿 网络 的 谐 振 , 导致配 电事 故 。同 时 , 输入 电 流 畸变

4、越 严 重,电 源 功 率因 数 的 畸变 因 子 就 越 小。 而 电 源 的 全功 率因 数 是 位 移 因子 和 畸变因子 的 乘 积 。传 统 的 功 率因 数只表 征 了 位 移 因子 , 即 基 波 电 压 和电 流 相 位 差 的 余 弦 。而谐波畸变 可 以使 功 率因 数 的 畸变 因子 大大 增 加 , 进 而导致 整流 电 源等 非 线 性 负载 的 功 率因 数 降 低 ,浪 费 了 电 网 的 供 电 容量 。 为 提 高 逆 变 电 源 的 功 率因 数 , 必须采 用 谐波 抑 制 技术 降 低输入 电 流 的 谐波畸变 率 。1.2 输入电流谐波的 国 家 标准

5、限值在 GB 15579.10 标准中, 单相 电 源 采 用 GB 17625.1规定的电 流 发 射限值 ,要 求每相 电 流 小 于等于 16 A ; 三 相 电 源 采 用 IEC 61000-3-4穴 每相 电 流 大 于 75 A雪 和 IEC 61000-3-12穴 每相 电 流 大 于 16 A , 小 于等于 75 A雪 规定的电 流 发 射限值 , 当 每相 电 流不 大 于 16 A 时 , 标准 对谐波 电 流 的 绝 对 值 有 要 求 ; 当 每相 电 流 大 于 16 A 时 , 对谐波 总 失 真 率 穴THD 雪和部 分 谐波 失 真 率 穴PWHD 雪也 有

6、 要 求 , 表 1 为 单相 的 非 专 用 设备 最 大 允许谐波 电 流 , 表 2 为 在 特 定 条件下 的 三 相 平 衡 专 用 设备的电 流 发 射限值 穴相 电 流 小 于等于 75 A雪 。 其 特 定 条件是指 :穴1雪5次谐波 电 流 相对 于 基 波 电 压 相角 在 90°150° , 这 种情况通 常 可 以 采 用 不可控整流 桥 和电 容 滤波 的设备,包括 3% 交 流 或 4% 直流 的 电 抗 来 实现 。 穴2雪设备的 自 身 设 计导致 5 次谐波相角 在 0°360° 内 没 有一 个固 定的 值 , 这 种

7、情况通 常针 对 于 带 有 晶闸管全 控整流 桥 的设备。 穴3雪5次 和 7 次 谐波 电 流 都小 于 基 波 电 流 的 5% , 这 种情况通 常 用 “ 12 脉波” 整流 设备。 目 前 市 场 上 的电焊 机 基 本 上 都符 合标准 所 指 “特 定 条件 ” 的设备, 所 以 可 以 采 取 相对 宽 松 的 谐波 限值 标准。弧焊电 源 谐波 电 流 发 射试 验 在 最 大 额 定焊接电 流情况 下测试 2 min , 弧焊电 源使用 GB 15579.1 规 定的标准 阻 性 负载 , 需 测试 每 种 工作 模 式下 的 谐波 电 流 发 射值 。1.3 弧焊设备的

8、谐波 抑 制谐波 抑 制 技术 一 般又 可分为 无源 方 法 和 有 源 方 法 两 大 类 。无源 方 法 就 是在 整流 桥 的 交 流 侧 或 直流 侧 安 表 1 非专用设备最大允许谐波电流 穴相电流 小 于 等 于 16 A雪讨 论 弧 焊 设 备 EMC 及 焊 接 环 境 EMF专题讨论第 卷 放 LC 滤波 器 , 这是 一种 传 统 的 补偿 无 功功 率 和 谐波 的 手 段 , 其 结 构 简 单 , 对 补偿 特 定 频率范 围 的 谐 波 有一 定 效 果 , 但 是无源 滤波 器 的 等 级 必须 与 负载 的 无 功功 率 相 当 , 而 且 它 的 补偿 特

9、性 容 易受 到 电 网阻 抗 和 负载 变 化的 影响 ,并 且 容 易 产 生 电 流 谐 振 和 电 压 谐 振 , 造 成设备 损坏 。尤 其是 对 于 负载不 断 变 化 的焊接电 源 来 说 ,很 难 设 计 一 个 能 够 涵 盖 整 个 负载 范 围谐波 的 LC 滤波 器 。 本 研究 在 整流 桥 的 直流 侧 设 计 了 一 个 LDC 滤波 电 路 , 如 图 2 所示 , 可 以 抑 制 LC 振荡 , 降 低 直流 线上 的电 压 纹 波 。 同 时通 过 优 化 参 数 设 置 , 可 以使 弧焊 逆 变 电 源 的 功 率因 数 提 高 到 95% , 电 流

10、总 谐波畸变 率低于 30%, 采 用 较 低的成 本达 到了 表 2 规定的 谐波 限值 要 求 。 a 电 路 原理 b 输入相电压和相电流 图 2 LDC 滤 波电 路采 用 有 源 的方 法 解 决 谐波 污染 问题 ,是 通 过 电 力 电 子 技术 来 消 除 输入 电 压、电 流 的 谐波 分 量 , 通 过 电 力 电 子 元 件 的开 关 作 用 ,使输入 的电 压、 电 流 波 形 接 近 于 正 弦 波 ,将 其 最 低 次谐波 分 量 移 到 高 频范 围 , 剩 余 谐波 分 量用无源 滤波 的方 法 就 可 以很容 易 的 滤除 。 与无源 谐波 抑 制 相 比 ,

11、有 源 谐波 抑 制具有 明 显 的 优 越 性, 能 够 对变 化的 谐波 进 行 迅 速 的 动 态 跟踪 补偿 , 而 且 补偿 特 性 不 受 电 网 特 性和 负载 波动 的 影响 。 采 用 有 源 谐波 抑 制 的方 法 , 可 以 大 幅 度 提 高 功 率因数 , 减 少 逆 变 电 源 对 电 网 的 谐波 污染 ,同 时 也 可 以 降 低 供 电 变 压 器 的 容量 。基 本 思 路 有 两条 :一 是 采 用 补偿 技术, 装 设 谐波 补偿 装置 来 补偿 谐波 ,这 对 任 何谐波 源 都 是 有 效 的; 二 是 采 用 校 正 技术,对 成 为 谐波 源 的

12、电 力 电 子装置 本 身 进 行改 造 ,使其 不 产 生 谐波 , 且 功 率因 数 可控制为 1 。 后 者 是 绿 色 逆 变 焊接 电 源 最 主要的 内容 。有 源 谐波 抑 制 的研究 内容 主要 集 中 在 有 源 功 率因 数 校 正 、 可控整流 和 有 源 滤波 三 个 方面。功 率因 数 校 正 通 常 是在 桥 式 整流 之 后 增 加一 个Boost 电 路 , 如 图 3 所示 。 通 过 功 率 元 件 的开 关 作 用 ,使输入 电 流 变 成 与 电 网 电 压 几 乎 完 全同相 的 正 弦 波 , 可 以使电 流 畸变 率 降到 5% 以下 , 功 率因

13、 数 提 高 到 0.99 或 更 高。图 3 Boost PFC 电 路 原理工作 原 理 是 :功 率 管 VT穴 由 控制 电 路 控制 雪导 通 时 , 输入 电 压 U in 全 部 加 在 电 感 L 上 , 随 着 输入 电 压 U in 的 上 升 , 通 过 电 感 L 的电 流 也 随之 上 升 ; 当 功 率 管 关断 时 , 电 感 产 生 与输入 电 压 同 极 性的 感 应 电 压 U L 。 此 时 , 功 率 管 两 端 的电 压 为 U in + U L , 该 电 压 通 过二极 管 VD 送 到 电 容 C 。 这 样 ,输入 电 感 L 的平 均 电 流

14、 就会 跟踪 正 弦 电 压 的 变 化, 电 流 波 形 接 近 于 和电 压 同相 位 的 正 弦 波 , 功 率因 数 近 似 为 1 。 为 实现 谐 波 抑 制 功 能 , Boost PFC 电 路 的 输 出 电 压 U o 必须 大于 整流器 输 出 的 峰 值 电 压 。 采 用这 种 技术,可 以 保 证 每相 电 流 小 于等于 16 A 的 单相 非 专 用 弧焊设备满足 表 1 的 谐波 限值 要 求 。该 电 路 及 其 变 体 形 式是 实现 单相 输入 焊接设备 有 效 的 谐波 抑 制 电 路 ,其 主 要的 问题 是如 何 进 一 步 降 低 成 本 , 提

15、 高 效 率 和 提 高 可 靠 性。三 相 大 功 率 电 路 的 有 源 谐波 抑 制 技术 一直 是国 内外 电 力 电 子 学 领域 专家 们 不 懈追 求 的目标,总 体 来 说 是 从 以下 三种 途 径 开 展 研究工作 眼4演:穴1雪在 成 熟 的 单相功 率因 数 校 正 电 路 基 础 上 ,开 发 简 单 易 行的 三 相功 率因 数 校 正 技术,将升 压 电 感讨 论 弧 焊 设 备 EMC 及 焊 接 环 境EMF PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 和 功 率 开 关 放 在 三 相 整流 桥 的 输入 侧 ,如

16、图 4 所示 , 控制 每 一 相 的 输入 电 感 电 流直 接 跟踪 正 弦 波波 形 。 由 于 电 感 直 接接 在 电 网 的 相 线上 , 控制 了 电 感 的平 均 电 流 跟踪 相 应 的 相 电 压 变 化 就 是 控制 了输入 电 流 的 波 形 跟踪 输入 电 压 的 变 化, 使 电 路 在 单 位 功 率因 数 下 工作,具有 良好 的 谐波 抑 制 效 果 。 当然 , 由 于 电 感 接 在了 交 流 侧 ,电 流流 向 是 正 负 两 个 方 向 , 所 以 要 求功 率 开 关 元 件 也 是 双 向 的。 从 整 个 电 路 结 构 来看 , 是 将 整流器

17、 的 交 流 输入 电 压 升 高,整 个 电 路由 三 套 交 流 的 Boost 电 路 组 成, 在 电 路 工作的 每 一 瞬 时 , 这 三 套 交 流 的 Boost 电 路 都 同 时 在 工作, 电 源 的 每 一 相 都 向 输 出 端 提 供 能量 。 这 个 电 路 也 正 是 利 用 这 一 特 点 来 实现 三 相 电 路 输入 电 流 的 谐波 抑 制 。在 任一时 刻 , 每 一 相 都接 有一 个 Boost PFC 电 路 , 电 路 的 控制 方 式 可 以 采 用 任 何 一种 成 熟 单相功 率因 数校 正 的 控制 方 式 ,如 平 均 电 流 型 控

18、制 。 这 三 套 交 流 升 压 电 路 可 以 采 用 相同 的 控制 电 路 ,每 套 电 路 分别 采 用 各 自 的电 流反 馈 回路 ,采 用 同 一 个 电 压 反 馈 回 路 , 形 成 一 个 三 个 电 流反 馈 内 环 、一 个 电 压 反 馈 外 环 的 多 闭 环 系统 。 每个 电 流环 的设 计 方 法 和平 均 电 流 型 控制 的 单相 Boost PFC 电 路 电 流 内 环 的设 计 方法 完 全相同 。而 电 压外 环 的设 计 和 单相 Boost PFC 电 路 稍 有不 同 的 是 ,其 带 宽 的 选 择 可 以 稍稍 放 宽 , 因 为 输

19、出 端 电 容 纹 波 的 频率是 电 网供 电 频率 的 3 倍 。图 4 交 流 升 压 方 式 的三相 功 率 因数校正 电 路穴2雪采 用 可控整流器 法 , 用 可控 开 关 元 件 代替 常规 整流器 的 二极 管 , 如 图 5 所示 。 采 用 空 间 矢 量或滞 环 电 流控制 等 方 法 , 通 过 每 一 个功 率 开 关 器 件在一 周 期 内 多次 开 通 和 关断 ,在 保 证 直流 输 出 电 压稳 定的 前 提 下 ,从电 网 吸 取 谐波含 量低 的 正 弦 波 电 流 。 这 种 方 案 有 源 功 率 开 关 元 件 较 多 ,控制 方 法 复 杂 , 一

20、 般 用于 电 机 拖 动 和 变 频 调 速 等能量 双 向 流 动 的 装 置 , 而 应 用在 负载 大 范 围波动 的弧焊 逆 变 电 源 中 会 使 成 本 大 幅 度 增 加 。 PWM 整流器 配 合 PWM 逆 变 器可 构 成 理 想 的四 象 限 变 流器 ,即 双 PWM 变 流器 , 这 样 不 但 输 出 电 压、电 流 都 是 正 弦 波 , 输入 电 流 也 是 正 弦 波 , 且 功 率因 数 为 1 , 还 可 实现能量 的 双 向传递 , 是 一种非 常 有 前 途 的 变 流 技术。但 是 , 这 种 变 流 器 采 用 的 功 率 元 件 较 多 , 控

21、制 方 法 非 常 复 杂 ,距 实 际应 用 还 有一 定的 距 离 。穴3雪采 用 并 联 有 源 滤波 技术 眼5-6演。 并 联 型 有 源 滤波 器 用于 补偿 电 流 型 谐波 的 典 型结 构 如 图 6 所示 。 由于 负载 R L 从电 网 吸 取 的电 流 含 有 大 量 的 谐波 ,而 有 源 滤波 器 用 来 补偿 负载 产 生 的 谐波 ,同 时 这 种 方 法 也 能 对 负载 的 无 功功 率进 行 补偿 。 有 源 滤波 器 的主电 路 结 构 是 一 个 三 相 电 压 型 变 流器 ,其 一 方面从 电 网 中 吸 收 有 功功 率 ,用以 补偿 开 关 损

22、 耗 , 维 持直 流 侧 电 容 电 压 的 稳 定;另 一 方面 根据 指 令 电 流 产 生 谐波 电 流 , 对 负载 产 生 的 谐波 和 无 功 进 行 补偿 。有 源 滤波 技术的 优 点 是 理 论 上 可 以 对 任 何谐波 进 行 补偿 , 并 且 与上 述 两 种 技术 途 径 不 同 , 负载 功 率 并不 全 部 通 过 谐波 抑 制 技术,在 提 高 补偿 容量 方面 前 景 广 阔 。 从主电 路 的 结 构 看 ,有 源 滤波 器 的 构 成 是 一 个 电 压 型 的 PWM 变 流器 ,因此 它 具有一 般 变 流 器 的 特 点 , 同 时 , 因 为 其

23、 和电 网 电 压 有 交 互 作 用 ,同 时 要 求对谐波 进 行 补偿 , 所 以 要 求 的 跟踪 速 度和 精 度 也 高 于 一 般 的 变 流器 或 者 变 频 器 。 图 5 三相 桥式 PWM 整 流电 路讨 论 弧 焊 设 备 EMC 及 焊 接 环 境 EMF专题讨论第 卷 2 弧焊设备的 传导 电磁发射 抑 制 技术2.1传导 电磁发射的 产 生除 了 谐波 电 流 发 射以外 , 弧焊设备 在 工作 时 还 会 产 生 一 些 更 高 频率 的 干扰 ,通 过 电 源线 传 播 到 电 网 , 对 电 网造 成 污染 ,这 种 电 磁干扰 称 为 传 导 骚扰 发 射

24、 。 产 生 传 导 骚扰 的主要 原 因是 :穴1雪弧焊设备的电 力 电 子 开 关 器 件或 者 数 字电 路 在 工作 时 产 生 的 瞬 态 变 化和 脉 冲 电 压 ; 穴2雪在 辐 射 场 中, 弧焊设备电 源线 上感 应到 的电 压以 传 导 方 式 发 射 出 去 。弧焊电 源 交 流 电 源输入 端 口 的 传 导 骚扰 按 其产 生 机 理 和 传 播 形 式 分为 两 种:差 模 骚扰 电 流 和共 模 骚扰 电 流 。如 图 7 所示 ,差 模 骚扰 电 流 I d 是指 相 线 之间 流 过 的 噪 声 电 流 。 差 模 骚扰 电 流 大小 相 等 ,方 向 相 反

25、 。 在 弧焊电 源 中, 差 模 骚扰 电 流 主要 是 由 开 关 噪 声 和 电 路 的 振荡 引 起 , 集 中 在低频 段 。 共 模 骚扰 电 流 I c为 相 线与 地 线 之间 流 过 的 噪 声 电 流 。共 模 骚扰 电 流 大小 相 等 , 方 向 相同 ,地 线 为 公共电 流 回 线 。 在 弧焊 电 源 中, 共 模 骚扰 电 流 主要 是 由 寄 生 参 数 引 起 的,因 为 高 频 时 , 变 压 器一 次 侧 与 二 次 侧 、变 压 器一 次 侧 与机 壳 、 变 压 器 二 次 侧 与机 壳 都 会 产 生 寄 生 电 容 , 为 电 路 中的 噪 声

26、电 流 提 供 了 一 条低 阻 抗 通 道 。此外 , 共 模 回路 的 环 路 面 积较 大, 弧焊电 源内 的电 磁 场 变 化 会 在 回路 中 感 应出 较 大的 噪 声 电 流 。 弧焊电 源 中的 共 模 噪 声 主要 集 中 在 10 MHz 以上 的高 频 段 。寄 生 参 数 引 起 的主电 路 的 寄 生 振荡 ,是 大 功 率 弧焊电 源 产 生 电 磁干扰 的重要 因 素 。在 硬 开 关 电 路 中, 开 关 管 关断 时 , 变 压 器 漏 感 所 产 生 的 反 电 势 会使 开 关 管 的 集 射 极 之间 出 现 电 压过 冲 。这 种 电 压 突 变 是

27、一种 传 导 性电 磁干扰 ,既 影响 变 压 器 的 一 次 侧 , 还 会 使 电 压 尖 峰 传 导 到 电 力系统 ,产 生 电 源线 端 口 的 传 导 电 磁 发 射 。变 压 器 二 次 侧 回路 中的 快恢 复整流 二极 管 在 反 向 恢 复时 间 内 , 由 于 短 路 效 应 , 整流 二极 管 的 寄生 电 容与 导 线 的 分布 电 感 一起 产 生 高 频 振荡 ,导致 二 次回路 产 生 极 大的电 流 尖 峰 和开 关 管 集 电 极 电 流 尖 峰 。由 于 高 频 变 压 器自 身 漏 感 的 原 因 ,流 经 变 压 器 绕 组 的电 流 形 成 磁 通

28、, 其 中大部 分通 过磁 导 率 较 高 的 磁 心 , 但 仍 然有 少 部 分 辐 射 出 去 , 产 生 电 磁感 应 噪 声 。 此外 , 高 频 功 率 变 压 器 的 一 次 侧 和 二 次 侧 之间 存 在 的 分布 电 容 ,可 能 会 将 一 次 高 频 电 压 直 接 耦 合 到 二 次 侧 去 ,在 二 次 侧 作 直流 输 出 的电 源线上 产 生同相 位 的共 模 噪 声 。 另 外 , 由 于 功 率 开 关 管 与 散 热 片 的接 触 面 积较 大, 因此两 者 之间 的 分布 电 容在 逆 变 频率 较 高 时不 能 忽略 , 高 频 电 流 会 通 过 分

29、布 电 容 流到 散 热 片 上 , 最 后 流到 与机 壳 地 相 连 的 交 流 电 源 的 保 护 地 线上 , 由 此 产 生 共 模 辐 射 。 2.2 传导 电磁发射的 国 家 标准限值GB 15579.10 关 于 传 导 电 磁 发 射限值 采 用 GB 4824-2004 的规定。 GB4824 中工 、 科 、 医 设备产 生 和穴或 雪使用射频能量 的方 式 来分 ,可分为 1 组 设备和 2 组 设备 :1 组 设备 是指 为 发 挥 其 自 身功 能 需 要 而 包 含 着 专 门 产 生 和 穴或 雪使用 传 导 耦 合 射频能量 的 所有 工 、 科 、 医 设备

30、; 2 组 设备 是指 为 材料 处 理 、 电 火 花腐蚀 等 功 能 的 需 要 而 包 含 专 门 产 生 和 穴或 雪使用 电 磁 辐 射射频能量 的 所有 工 、 科 、 医 设备。 弧焊设备 属 于 2 组 设备。根据 使用 场 合,工 、 科 、 医 设备 又 可分为 A 类 设备和 B 类 设备 :A 类 设备 是指 非 家 用 和 不直 接 连 接 到住宅 低压 供 电 网络 的 所有 设 施 中 使用 的工 、 科 、 医 设备; B 类 设备 是指在 家 用 设 施 内 和 直 接 连 接 到住宅 低压 供 电 网络 上 的设 施 内使用 的 所有 工 、科 、 医 设备

31、。 A 类 设备 既 可 在 标准 试 验 场 内测试 ,也 可 在使用现 场 测试 。 B 类 设备 只 能在 标准 试 验 场 内图 6 并联 型 有 源 滤 波 器 补偿 电流源的典型 结 构图 7 弧焊电源 传导 骚扰 传 播 路 径 讨 论 弧 焊 设 备 EMC 及 焊 接 环 境 EMFPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建专题讨论 第 39 卷 测试， 对于 B 类设备标准的要求更高。 弧焊电源多属 于 A 类设备。 弧焊设备电源端口电压骚扰限值要求 如表 3 所示。 表 3 负载状态下设备电源端口电压骚扰限值要求 B类 dBV A

32、类 dBV 频率 /MHz A 类>100 A dBV 准峰值 平均值 准峰值 平均值 准峰值 平均值 66 · · · 随频 率对 数线 性减 小至 · · · 56 56 56 · · · 随频 率对 数线 性减 小至 · · · 46 46 0.150.50 100 90 130 120 0.505.00 专 题 讨 论 弧 焊 设 备 EMC 及 焊 接 环 境 EMF 530 60 50 则在每种工 如果弧焊电源存在多种工作模式， 最低 作模式下都需进行测试。

33、 在每种模式下的空载、 进 额定电流和 100% 负载持续率都需要进行测试。 测试中首先进 行火线和零线的共模骚扰发射测试。 行峰值检波与平均值检波方式的预测试， 如果峰值 检波测试的结果无法满足准峰 值检波 方式的指 标 要求， 则在无法满足的部分再进行准峰值检波方式 的最终测试。 互联电缆的摆放方式和相 在传导骚扰实验中， 所以为了保证试验 互距离会对试验结果产生影响， 的重复性， 每次试验前需要对布局进行记录。 注： 表示适用于输入电流 I1max 超过每相 100 A 的设备。 90 · · · 随频 率对 数线 性减 小至 · · &

34、#183; 70 86 80 · · · 随频 率对 数线 性减 小至 · · · 60 76 125 115 干扰滤波器， 这是普遍采取的方式， 也是目前 电磁 兼容性设计的主要工作内容。 在 弧焊电源输入处 加入噪声 抑制元 件或 EMI 滤波器都可以改善弧焊电源的传导骚扰发射水平。 典型的电源输入 EMI 滤波器结构如图 8 所示， C1C3、 主要用来滤除来 C4C6 为两组星形接法的电容组， 自 电网侧 的差模骚扰信号 ； L1 L3 为 绕 在同 一 磁心 上的三个相同绕法的线圈， 主要是用来增加共模通 路的阻抗， 与接机

35、壳地的星形电容器组 C7C9 组成 对来自 电网侧和负 共 模 骚扰信号的 LC 滤波网络， 载侧的共模骚扰信号同时起作用； C10C12 为三角形 主要 用 来 滤 除 来自负载 侧 的 差 接 法 的电 容 器 组 ， 模骚扰信号。 115 105 图8 输入 EMI 滤波器结构 2.3 传导电磁发射的抑制技术 在功率元 目前弧焊设备多采用电力电子装置， 件开关过程中不可避免地产生电磁干扰穴EMI雪 和射 频干扰穴RFI雪。 这些高频干扰不仅对供电系统、 通信系 而且对设备自身也会 统和数字控制系统造成干扰， 产生干扰， 尤其是目前电力电子装置普遍采用计算 要解决高 机或单片机控制， 这个

36、问题显得尤为严重。 一般可采用两种改进方 式： 频干扰问题， 一是添 加 合适的 EMI 滤波器； 二是针对弧电源干扰源产生机 一般在电源和 理， 对此电源重新进行电磁兼容设计。 电网之间、 电源的主电路和控制电路之间安装电磁 ·32 · Electric Welding Machine EMI 滤波器的电路原理很清晰， 不同的参数配 置对不同频段的骚扰信 号的滤除效果是 大不相同 的。 对某台传导骚扰电流超标的 IGBT 开关弧焊电 源进行改装， 分别使用两种不同 参数的 滤波器， 试 验结果如图 9 所示。 由图 9 可以看出， 滤波器 a 和滤 波器 b 的安装都能改

37、善 该弧焊电 源的传 导骚扰发 射水平。 EMI 滤波器 a 对低频衰减较大， EMI 滤波器 b 对高频衰减较大， 这是由于两种 EMI 滤波器电气 参数不同， EMI 滤波器 a 对高频共模骚扰电流衰减 较大， 而 EMI 滤波器 b 对低频差模骚扰电流衰减较 大。 根据弧焊电源传导骚扰电流的成分不同， 选择 合适的滤波器拓扑结构和元件参数， 可以很好地抑 眼7-13演 制弧焊电源的传导骚扰发射 。 穴1雪输入电流谐波和传导电磁 发射是 弧焊设备 电磁兼容性能的关键指标。 穴2雪单相小功率的非专用弧焊设备， 需采用 Boost PFC 电 路和变体 形式代替传统的 整流桥 加滤波电 其谐波

38、限值可以达到 GB 15579.10 规 容的输入电路， 定的非专用设备最大允许谐波电流要求。 穴3雪三相大功率的专用弧焊设备， 可以在整流桥 的直流侧加装 LDC 滤波电流电路， 通过优化参数设 3 结论 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 专题讨论 陈树君等： 弧焊设备网侧电流谐波和传导发射的抑制技术 第 12 期 a 滤波器 a 图 9 EMI 滤波器对传导骚扰的抑制 b 滤波器 b 置， 可以使弧焊逆变电源的功率因数提高到 95%， 电 流总谐波畸变率低于 30%， 采用较低的成本达到了 GB 15579.10 规定的特定条件下专用设备最大