尖峰電壓對電動機的影響

（1）使電動機的絕緣強度下降

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機線圈上，將會使電動機繞組的絕緣強度下降，特別是PWM控制型變頻器更為明顯。

（2）使電動機繞組的絕緣損傷

如圖1所示是無濾波器時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)致電動機繞組絕緣損傷。

為了防止電動機繞組的絕緣過早老化或引起電動機、變頻器的損壞，通常可以提供加接輸出電抗器的方法來減小在電動機端腳上的高次諧波沖擊電壓。當變頻器與電動機之間的電纜線較長時，加裝輸出電抗器雖然可以減小負荷電流的峰值，但輸出電抗器不能減小電動機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機之間的電纜線的長度。

（1）增加電抗器或濾波器：在連接變頻電動機電纜的兩側(cè)增加電抗器（扼流圈）或濾波器，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)計線路時，應(yīng)盡量減少變頻器與電動機之間電纜的長度。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，以此來降低電動機兩端的過電壓。

（3）此外，還應(yīng)確保電動機鐵心在檢修過程中不受損傷或短路，電動機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)熱和機械配合問題對電動機絕緣的影響。

尖峰電壓吸收電路是反激型開關(guān)電源必須的輔助電路。當開關(guān)電源的功率MOSFET由導(dǎo)通變成截止時，在高頻變壓器的一次繞組上就會產(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。如果錯誤使用，會對開關(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，可以同時起到鉗位和緩沖的作用。 2100433B

為了減小LS,對連接線進行“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)一個電容CZ,對抑制開關(guān)管兩端電流尖峰有一定的效果。開關(guān)管關(guān)斷時輸入回路的等效電路假定開關(guān)管V關(guān)斷時刻,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)驗常識也是一致的。當并入一個電容CZ以后,情況得到了改善,CZ越大,LSCZII越小,對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驗來選取。在選擇電容CZ時,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,雜散電感LS1、LS2比較大且不采取緩沖措施(相當于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。當開關(guān)管開通時,C1、R1和開關(guān)管V構(gòu)成放電回路，緩沖電容C1中存儲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過大會造成放電時間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。可見緩沖電路中R1、C1的取值既不是越大越好,也不是越小越好,需要根據(jù)電路的實際情況仔細選擇。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。