CN116937964A - 一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电磁干扰技术领域，公开了一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统及方法，包括：共模滤波单元和差模滤波单元，所述共模滤波单元呈椭圆环状，所述差模滤波单元呈圆环状，均无须外接电源，并且共模滤波单元和差模滤波单元由纳米结晶材料制成；本发明通过共模滤波单元和差模滤波单元安装在电路上，利用电磁感应原理，产生高频阻抗将高频电磁噪音吸收掉，进而消除电路中的电磁干扰，有效解决了主控跳闸，轴承电腐蚀，绝缘损伤等电磁干扰问题。
Description
技术领域
本发明涉及电磁干扰技术领域，更具体地说是一种采用共模滤波单元和差模滤波单元实现消除电磁噪音的共模电路系统级及方法。
背景技术
电磁干扰是指由电磁干扰引起的设备、传输通道或者系统性能的下降。这里，电磁干扰是一种客观存在的物理现象，泛指一切能产生损害作用的电磁现象，电磁干扰是不可避免要存在的，生活中凡是用电的设备，无论是电网供电，还是电池供电，都会向外发射有害的电磁波。
传导性的电磁干扰将会减损固有的电子设备运行效能，或者带来突显的灾害后果，与此同时，电磁辐射还会引发程度较重的健康风险以及健康威胁。这主要是由于，辐射能量将会直接作用于特定的人体器官或者人体组织，进而产生了突显的非热效应或者辐射热效应；
目前技术中为了降低电磁干扰的影响，主要采用共模滤波器，通过共模滤波器中的共模电容将两个输入线的共模电流旁路到大地，共模电感呈现一个平衡阻抗，进而降低电磁干扰的影响，虽然上述装置取得了部分效果，但干扰源本身没有任何改变，对不同的路径不同的干扰方式取得的效果非常不理想，尤其对高频部分干扰几乎没有改善，该类问题仍然存在，因此本发明提供了一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统及方法，以此实现对不同路径的电磁干扰进行消除。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统及方法，通过基于全频谱吸收干扰源，将共模电流转换成损耗发热的方式，并进行自然冷却，以解决现有技术中对不同的路径不同的干扰方式取得的效果非常不理想，且对高频部分干扰几乎没有改善等问题。
本发明具体的技术方案如下：
一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统，包括：
共模滤波单元，所述共模滤波单元呈椭圆环状，且无须外接电源。
差模滤波单元，所述差模滤波单元呈圆环状，且无须外接电源。
所述共模滤波单元和所述差模滤波单元由纳米结晶材料制成。
优选的，所述共模滤波单元和所述差模滤波单元中的纳米结晶材料包括：铁、硅、镍、钴等，其中铁的成分占比达90％～95％。
一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统的方法，所述方法步骤如下：
S1：首先根据电缆箱尺寸大小选择与之匹配的共模滤波单元和差模滤波单元；
S2：将共模滤波单元和差模滤波单元安装到电路上，其中共模滤波单元安装在三相电路上，差模滤波单元安装在单相电路上，利用电磁感应原理对高频电磁噪音进行吸收；
S3：采用温升测试对共模滤波单元和差模滤波单元进行温度检测，防止共模滤波单元和差模滤波单元温度过高影响使用。
S4：记录共模滤波单元和差模滤波单元工作后的共模电流幅值频谱等技术参数，进而验证工作效果。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过模块化标准化安装共模滤波单元和差模滤波单元，且方案产品体积小，重量轻，安装十分便利，选型便捷，治理效果显著，成本低，寿命长。
2、本发明通过共模滤波单元和差模滤波单元安装在电路上，利用电磁感应原理，产生高频阻抗将高频电磁噪音吸收掉，进而消除电路中的电磁干扰，并结合马钢产线实例，有效的降低了电路中的共模电流，有效解决了主控跳闸，轴承电腐蚀，绝缘损伤等电磁干扰问题。
附图说明
图1是本发明电磁干扰源及传播路径示意图；
图2是本发明共模电路装置实际安装图；
图3是本发明轴电流的阻抗频率曲线图；
图4是本发明共模电流在工作前后的波形对比图；
图5是本发明扼流模块工作前后的温度图；
图6是本发明电磁干扰共模电流前后变化波形图；
图7是本发明共模电路装置中的共模滤波单元立体图；
图8是本发明共模电路装置中的差模滤波单元立体图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
本实施例中，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统，包括：
共模滤波单元1，所述共模滤波单元1呈椭圆环状，且无须外接电源。
差模滤波单元2，所述差模滤波单元2呈圆环状，且无须外接电源。
所述共模滤波单元1和所述差模滤波单元2由纳米结晶材料制成。
所述共模滤波单元和所述差模滤波单元中的纳米结晶材料包括：铁、硅、镍、钴等，其中铁的成分占比达90％～95％。
本发明基于全频谱吸收干扰源，将共模电流转换成损耗发热的方式并自然冷却，从源头彻底解决电磁干扰问题；
如图2、图7和图8所示，供模电路装置中的共模滤波单元1和差模滤波单元2安装在电路上，共模滤波单元1(如图2所示椭圆跑道状)安装在三相组合电路上，差模滤波单元2(如图2所示圆环状)安装在单相电路上，如图2所示，本方案产品体积小，重量轻，安装过程十分便利；其中共模滤波单元1和差模滤波单元2的尺寸大小需要能正常让电缆箱顺利穿过。
基于脉宽调制技术(PWM)的电压源逆变器是现代工业应用中大功率调速系统的主要解决方案，为实现高效运行，通常采用具有快速通断能力的半导体开关器件(如I GBT)；如图1所示，使用共模滤波单元1和差模滤波单元2时，首先从项目现场确认干扰源，根据实际情况选择合适数量的共模滤波单元1和差模滤波单元2，其次采用测试设备测试记录共模电流的幅值频谱等技术参数；
当具体工作时，变流器中I GBT在PWM调制过程中产生的du/dt可达到5～15kV/μs,这种I GBT的C、E之间的电压跳变所产生的共模干扰对变流器性能而言是一个巨大考验；IGBT驱动器作为变流器的核心部件之一，其输出端直接与I GBT相连接，因为I GBT驱动器原、副边需要隔离，这样就必然存在原、副边的寄生电容；当产生的共模干扰与系统的寄生电容耦合后形成高频的共模电磁噪音，高频电磁噪音以电磁波的形式向空间传播，当电磁波传播到主控时，共模电流在系统中往低阻抗区域流动，流过主控电路时，主控传感器感知过高的电流，进而导致主控误动作停机保护造成主控跳闸，并且高频电磁波流过电机轴承时，形成轴电流损坏电机轴承；同时I GBT工作时，会有电流通过寄生电容流经驱动器，从而影响驱动器的正常工作，使其可靠性降低，严重时还会导致I GBT失效，造成逆变失败。
如图7-8所示，该共模电路(共模电流本质是LC滤波电路，材料为纳米材料，其中的L实际是共模装置电感，C为电缆线作为寄生电容)装置，因电路装置在高频电流经过时，通过电磁感应原理，高频阻抗将高频电磁噪音吸收掉，从而将共模电磁噪音带来的危害降到最低，进而实现解决电磁干扰；
需要说明的是：其中共模电路不能饱和，不同的电流大小需要选择对应的共模电路装置。
测试：如图3所示，需要用带宽大于200MHZ的示波器来测试高频电磁噪音，电流探头的带宽大于200MHZ，目的是为了方便对比共模电路装置工作前后的变化，判断工作效果的目的，判断高频噪音被吸收多少，通常用百分比来表示。
频谱匹配：其中共模电路装置的带宽大于高频电磁噪音带宽，因为带宽大可以吸收到高频噪音，如果带宽小的话，则部分高频噪音不能被吸收，因此在实际应用中，需要需要选择合适带宽的共模电路装置。
温升测试：如图5所示，共模电路装置因工作时吸收高频共模噪音会产生热量，需要用红外测试仪测试装置的温度；因为高频共模电流只在导体表面流动，导致导体表面温度过高，对导体表面覆盖的绝缘材料损伤，因此温升测试是方案的安全前提，并采用自然冷却的方式进行散热，目的是为了维护方便和成本考虑，如果采用风扇冷却的话，风扇定期需要维护，带来额外的工作量。
一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统的方法，所述方法步骤如下：
S1：首先首先从项目现场确认干扰源，根据电缆箱尺寸大小选择与之匹配的共模滤波单元1和差模滤波单元2；
S2：将共模滤波单元1和差模滤波单元2安装到电路上，其中共模滤波单元1安装在三相电路上，差模滤波单元2安装在单相电路上，利用电磁感应原理对高频电磁噪音进行吸收；
S3：用测试设备测试记录共模电流的幅值频谱等技术参数，采用温升测试对共模滤波单元1和差模滤波单元2进行温度检测，防止共模滤波单元1和差模滤波单元2温度过高影响使用。
S4：记录共模滤波单元1和差模滤波单元2工作后的共模电流幅值频谱等技术参数，进而验证工作效果。
实施例一：
本方案应用在马钢高速线材厂生产线上时，安装共模电路装置(共模滤波单元1和差模滤波单元2)一年后，电机轴承便不再发生轴承腐蚀了，如图6所示，为当时实验电磁干扰共模电流的前后变化波形图，左图为工作前共模电流值为1.064A，右图为工作后共模电流值为0.336A，可知电路中安装本方案中的共模电路装置后，安装后的共模电流相比于安装前的共模电流下降了3倍左右，实现了共模电流的明显降低，进而降低了电磁干扰对设备的影响。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
Claims (3)
1.一种应用于电磁干扰设备的共模电路系统，其特征在于，包括：
共模滤波单元(1)，所述共模滤波单元(1)呈椭圆环状，且无须外接电源。
差模滤波单元(2)，所述差模滤波单元(2)呈圆环状，且无须外接电源。
所述共模滤波单元(1)和所述差模滤波单元(2)由纳米结晶材料制成。
2.如权利要求1所述应用于电磁干扰设备的共模电路系统，其特征在于：所述共模滤波单元和所述差模滤波单元中的纳米结晶材料包括：铁、硅、镍、钴等，其中铁的成分占比达90％～95％。
3.一种如权利要求2所述应用于电磁干扰设备的共模电路系统的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
S1：首先根据电缆箱尺寸大小选择与之匹配的共模滤波单元(1)和差模滤波单元(2)；
S2：将共模滤波单元(1)和差模滤波单元(2)安装到电路上，其中共模滤波单元(1)安装在三相电路上，差模滤波单元(2)安装在单相电路上，利用电磁感应原理对高频电磁噪音进行吸收；
S3：采用温升测试对共模滤波单元(1)和差模滤波单元(2)进行温度检测，防止共模滤波单元(1)和差模滤波单元(2)温度过高影响使用。
S4：记录共模滤波单元(1)和差模滤波单元(2)工作后的共模电流幅值频谱等技术参数，进而验证工作效果。
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