新型的三相共差模传导发射分离网络

新型的三相共差模传导发射分离网络

摘要 - 本文提出了两种新颖的三相共模（CM）/差模（DM）噪声分离网络，它们是无源和有源网络，用于三相设备的电磁兼容传导发射（CE）的测量。从理论上分析无源网络，构建并测试标准模型。通过频率响应测量以及三相电机驱动器上执行的CE测试来呈现其评估，并验证网络可以在CE测量条件下分离共模和差模信息分量。

索引词 - 传导发射（CE），电磁兼容性（EMC）测量，EMC测试设置，噪声分离器。

I.介绍

由于国际和地区产品法规中对电磁兼容性（EMC）的重新定义，三相传导发射（CE）的测量是开发连接到电网的高功率电子设备的主要问题。电机驱动器和大功

率整流器等三相电力电子系统必须符合本规定。为达到EMC标准，电子设备必须包括

滤波和其他电磁发射控制方法。这些发射控制技术的发展及方式正被越来越深入的研究，因此，如[1] - [5]中提出的分析和实验方式正在开发中，用以支持电气设计的

工程师们。因此，噪声模式 - 共模（CM）及差模（DM） - 的定性和定量评估是非

常重要的，因为它们显着影响发射控制的方法（例如CM或DM过滤器）。因此，本文

介绍了一种可以集成到三相CE标准测量系统中的设备，可以分别测量CM和DM的发射程度。该设备在下文中称为三相共/差模噪声分离网络。

在[3] - [13]中已经提出了能够区分单相系统噪声模式的电路，其工作原理基于两个感测电压的加和减直接得到CM/DM分量的结果。还提出了其他通过快速傅里叶变换应用数学分析的方法[14]。那样的话，如果想重要的是采样率足够高并且正确计

算相位信息，这通常会导致成本昂贵或测量精度不够。

文献[15]提出了一种能够分别测量两种噪声模式的三相测量系统。它采用电流

传感器的混合连接[15]。但是，该系统不符合CISPR 16的规格，并且它需要测试设

置的复杂组件。在[14]中，提出了另一种测量技术，它适用于高功率电平，但是它

不使用线性阻抗稳定网络（LISN），并且需要对采集的数据进行数字化处理。数值

模型在[16]中给出，它们也允许CM和DM分离水平的估计，但只有当系统的详细模型允许时。在[17]中给出了另一种方法，该方法基于所考虑的转换器的噪声传播特性使

用数学方法处理后来计算CM / DM发射值。

为了克服上述限制，本文提出了一种插入在三相LISN和EMC测试接收机之间的新

型测量硬件。该硬件可以在典型的CISPR 16指定设置规格中实时且直接测量DM和CM

发射水平[18] - [20]。

在第二节中，对三相系统中CE测量的简短讨论以及测量电压和噪声模式之间的数学关系进行了介绍。这为三相系统中的CM / DM分离提供了分析基础。第三节提出

了三相CM / DM分离网络的基本电路拓扑结构 - 基于无源元件和有源元件的分离网络。为了简洁起见，只详细分析了无源拓扑结构。有源电路的细节可以在[21]中找到。第四节讨论了无源电路的硬件实现，第五节给出了说明硬件原型性能的实验结果。

II.三相CE测量和噪声分量的回顾

为了获得噪声测量结果，这些测量结果与不同线路条件下的测量结果遵守CE标准且必须使用LISN。LISN必须能够实现以下三个功能：

1）定义电源阻抗以使测量标准化;

2）将来自测量设备的低频交流电源电压去耦;

3）在被测设备（EUT）和测量测试接收机之间提供高频（HF）耦合路径。

EMC标准定义了LISN的阻抗曲线，例如，在CISPR 16 [20]中。图1所示为三相LISN 电路的典型实现以及简化的HF等效电路（参见图1）。对于CE测量过程，要有50Ω输入阻抗的测试接收器连接到其中一个LISN通道，而其余两个LISN端口则连接一个50Ω

电阻，提供对称测量条件。

图1.典型的三相CE兼容测量设置原理图和HF等效电路。

假设EUT与电源的理想去耦合以及在高频（大于150kHz）下与测试接收机的理想

耦合，图1所示的电路可以简化为图1左侧所示的HF等效电路。其中，EUT的输入端口a，b，c直接连接到测试接收机的输入端口，并且来自EUT的所有HF噪声直接耦合到测试

接收机，而电源端口A，B，C与EUT分开。测试接收机50Ω感应电阻（参见图1）处的测量电压u i（i = a，b，c）由DM和CM分量组成

u i = u DM，i + u CM(1) 这两个组件是由三个DM电流引起的i DM，i和CM电流i cm，i在EUT和测试接收机之间循环。流向测试接收器输入端口的电流i i由下式给出

i i=i DM, i + (2)

此外，根据定义，DM电流的总和等于零，并且流到测试接收器的电流之和等于CM电流

i a+ i b+ i c= i cm. (3)

因此，CM电压u CM可以通过测量电压的总和来评估

u a + u b + u c = R(i a+i b+i c)=R i CM=3 u CM (4) 其中R是测试接收机的输入电阻（通常为50Ω）。为了计算DM分量，必须消除CM部分。这可以通过减去两个测试接收器电压来实现

u a - u b = u DM,a - u DM,b(5) 因为

u i = u DM,i +

根据（4）和（5），现在可以测量CM和DM分量，如下面的部分所示。

III.三相噪声分离网络

为了实际实现上一节给出的数学公式，并适当分离两种模式的噪声，在图2中提出了两种电路拓扑结构[21]。由CM电压源u CM和三个DM电压源u DM，A，u DM，B和u DM，C来描述HF噪声分量。

在图2（a）中，示出了具有Y /Δ连接的三个变压器的纯无源解决方案，其详细分析如下。图2（b）给出的有源电路通过将所有三个输入电压相加并将总和除以三（4）来建立CM电压。然后，通过使用运算放大器，可以通过从测量电压中减去CM电压来计算DM电压。为了获得良好的高频结果，需要具有很大带宽和高电源抑制比的放大器。

此外，其液体环境要求电流绝缘的电源与地/相线电容的低电容耦合，这会增加成本。

然而，有源网络的解决方案将提供明确的输入阻抗和对插入损耗的良好控制，从而实现简单的补偿。

由于有源网络解决方案提到的缺点和无源网络解决方案的简单性，我们将重点放在了无源网络解决方案上。

图2.三相CM / DM噪声分离器提案[21]。（a）无源网络解决（a）CM和（b）DM对称元件设计（即u DM，A+u DM，B+ u DM，c 方案。（b）有源网络的解决方案。= 0→i a+ i b+ i c= 0）的简化等效电路