尖峰電壓處理方法

為了防止電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣過早老化或引起電動(dòng)機(jī)、變頻器的損壞，通?？梢蕴峁┘咏虞敵鲭娍蛊鞯姆椒▉頊p小在電動(dòng)機(jī)端腳上的高次諧波沖擊電壓。當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電纜線較長時(shí)，加裝輸出電抗器雖然可以減小負(fù)荷電流的峰值，但輸出電抗器不能減小電動(dòng)機(jī)端腳上的瞬變電壓峰值。因此，一定要盡量縮短變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電纜線的長度。

（1）增加電抗器或?yàn)V波器：在連接變頻電動(dòng)機(jī)電纜的兩側(cè)增加電抗器（扼流圈）或?yàn)V波器，這樣可以有效減緩電源端輸出電壓脈沖的上升速度。

（2）縮短電纜長度：在設(shè)計(jì)線路時(shí)，應(yīng)盡量減少變頻器與電動(dòng)機(jī)之間電纜的長度。通過縮短電纜長度來降低兩者之間的暫態(tài)波過程的振蕩周期，以此來降低電動(dòng)機(jī)兩端的過電壓。

（3）此外，還應(yīng)確保電動(dòng)機(jī)鐵心在檢修過程中不受損傷或短路，電動(dòng)機(jī)軸承等部件的裝配滿足精度要求，盡量降低渦流損耗等引起的局部發(fā)熱和機(jī)械配合問題對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣的影響。

（1）使電動(dòng)機(jī)的絕緣強(qiáng)度下降

在變頻器的輸出電壓中，都含有高次諧波沖擊電壓。這些高次諧波沖擊電壓如長期作用于電動(dòng)機(jī)線圈上，將會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度下降，特別是PWM控制型變頻器更為明顯。

（2）使電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣損傷

如圖1所示是無濾波器時(shí)變頻器的輸出電壓波形，在變頻器輸出電壓波形的上升沿有著明顯的沖擊電壓，如不采取抑制措施，就很容易導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組絕緣損傷。

尖峰電壓吸收電路是反激型開關(guān)電源必須的輔助電路。當(dāng)開關(guān)電源的功率MOSFET由導(dǎo)通變成截止時(shí)，在高頻變壓器的一次繞組上就會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓。

尖峰電壓吸收電路主要有三種設(shè)計(jì)方案：①利用齊納二極管和超快恢復(fù)二極管（SRD）組成齊納鉗位電路；②利用阻容元件和超快恢復(fù)二極管組成的R、C、SRD軟鉗位電路；③由阻容元件構(gòu)成RC緩沖吸收電路。尖峰電壓吸收電路的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。吸收電路可以并聯(lián)到高頻變壓器的一次繞組上，也可連接在功率MOSFET的漏極與地線之間。

緩沖吸收電路和鉗位電路具用于兩種截然不同目的。如果錯(cuò)誤使用，會(huì)對(duì)開關(guān)電源內(nèi)的功率管造成很大的損害。緩沖電路用于降低尖峰電壓幅度和減小電壓波形的變化率。這有利于功率管工作在安全工作區(qū)，還降低了所有射頻干擾輻射的頻譜，從而減少射頻輻射的能量。鉗位電路僅用于降低尖峰電壓的幅度，它沒有影響電壓波形的變化率。因此，它對(duì)減少射頻干擾的作用不大，鉗位電路的作用是防止功率管因電壓過高造成擊穿。軟鉗位電路的參數(shù)選擇合理時(shí)，可以同時(shí)起到鉗位和緩沖的作用。 2100433B

為了減小LS,對(duì)連接線進(jìn)行“短”“粗”“直”方式的處理,但由于空間和總體布局的限制,光靠接線是不能消除電流尖峰的影響,所以采取以下措施。

尖峰電流在直流母線側(cè)并聯(lián)吸收電容

在輸入端靠近開關(guān)管的直流母線上并聯(lián)一個(gè)電容CZ,對(duì)抑制開關(guān)管兩端電流尖峰有一定的效果。開關(guān)管關(guān)斷時(shí)輸入回路的等效電路假定開關(guān)管V關(guān)斷時(shí)刻,輸入電流(電感LS的電流)為II,電容CZ上的初始電流為Ui。

在雜散電感LS存在的情況下,如果不采取任何措施,例如不加緩沖電容CZ(相當(dāng)于CZ→0),則uZmax→∞(理想情況),容易產(chǎn)生很大的電流尖峰,這與上面的分析是一致的。在其它條件一定的情況下,輸入電流II越大,uZmax越大,即電流尖峰問題容易在大功率、大電流電路中出現(xiàn),這與經(jīng)驗(yàn)常識(shí)也是一致的。當(dāng)并入一個(gè)電容CZ以后,情況得到了改善,CZ越大,LSCZII越小,對(duì)電流尖峰的抑制效果越明顯?？紤]到成本問題,CZ也不是越大越好。LS的精確數(shù)值通常是不知道的,CZ的取值通常要通過實(shí)驗(yàn)來選取。在選擇電容CZ時(shí),要選擇高頻特性好的無感電容。

尖峰電流開關(guān)管兩端加緩沖電路

在開關(guān)管兩端加緩沖電路(由VD1、R1、C1構(gòu)成),對(duì)于吸收開關(guān)管兩端的電流尖峰也有比較好的效果。緩沖電路的原理所由于工藝的關(guān)系,主電路的直流輸入端和開關(guān)管的集電極之間存在雜散電感LS1,發(fā)射極和主續(xù)流二極管之間有雜散電感LS2。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷瞬間,輸入電流通過LS1、VD1、C1、LS2和Ui構(gòu)成續(xù)流回路。開關(guān)管關(guān)斷瞬間,輸入電流為II,緩沖電容C1的電流為0。在大功率BUCK電路中如果布線不當(dāng),雜散電感LS1、LS2比較大且不采取緩沖措施(相當(dāng)于C1→0)的話,開關(guān)管兩端要承受很高的電流尖峰(uTmax→∞)。反之,緩沖電容C1取值越大,uTmax越小,越有助于電流尖峰的吸收。當(dāng)開關(guān)管開通時(shí),C1、R1和開關(guān)管V構(gòu)成放電回路，緩沖電容C1中存儲(chǔ)的電流尖峰的能量在R1中消耗掉。設(shè)流過開關(guān)管V的緩沖電容最大放電電流為ITmax,放電時(shí)間為τ,電阻R1消耗的功率為P,開關(guān)管V的開關(guān)頻率為f。忽略V的開通壓降,顯然有:

從開關(guān)管的安全工作來考慮,希望ITmax越小越好,R1值要取大一些。但R1過大會(huì)造成放電時(shí)間τ過長,不利于開關(guān)管工作。同樣,C1也不能取值過大,否則τ太長,并且R1的功耗太大,影響效率?？梢娋彌_電路中R1、C1的取值既不是越大越好,也不是越小越好,需要根據(jù)電路的實(shí)際情況仔細(xì)選擇。注意R1、C1要選擇高頻特性好的無感電阻和無感電容,VD1選擇快恢復(fù)二極管。