关键词：直流电网；电磁兼容；逆变器；电机1引言
目前，船舶直流电网存在许多电磁兼容问题，这些问题很大程度是由于其直流电网上挂接了一些易产生干扰的电力电子设备如PWM逆变器、斩波器等造成的，如图1，这些电力电子设备工作时，其中的电力电子器件在高频信号控制下的开关作用不可避免地会产生很高的du/dt和di/dt，由此产生严重的、急待解决的传导干扰和辐射干扰问题[1]。随着技术的发展，逆变器、斩波器体积越来越小，其高频寄生参数的影响越来越大，它会在输入输出电压电流中产生高频振荡，而且产生共模干扰加剧交流电机的轴承电流，成为造成电机损坏的主要原因之一[2]。早期对电力电子设备的电磁兼容研究较多集中在单个开关电源的研究，目前，对于三相PWM变频器驱动电机系统交流侧的传导干扰的时域频域研究已有一定进展[3-4]，对于单相逆变器也有人研究过[5-6]，对于图2所示的挂接一个三相PWM逆变器的直流电网系统，除了要考虑电力电子开关的作用外，还要考虑较为复杂的交直流电缆寄生参数、逆变器的寄生参数和非线性异步电机负载等因素，此外，实验显示电机在RF频段呈现很复杂的特性[3]，则研究有一定难度。实验表明，在挂接逆变器直流电网的传导干扰中，占主要的是共模干扰，因此本文重点研究挂接一个三相逆变器的直流电网0~150kHz共模传导干扰。目前，对此领域进行研究的较少，则本文的研究工作是有意义的，对此研究有助于深入理解直流电网的EMC特性及找到有效的EMI抑制措施，对提高船舶直流电网电磁兼容性有重要意义。传导干扰分析的方法可分为时域法[7]和频域法，频域法在许多方面优于时域法，尤其是在高频段传导干扰分析中时域法无能为力，本文主要采用频域等效电路法对0~150kHz频段的共模干扰进行研究，目前，已有一些频域法EMI分析的文献[3-4]，但是由于所考察的对象不同，其结论只有参考价值，有些文献为了得到频域等效电路，所作的简化过多，干扰源模型也较为简单，传播途径分析不完善。本文针对挂接一个逆变器的直流电网的具体特点，详细分析了其共模传导干扰的传播途径分析，提出了其对应的共模频域等效电路，此外定量研究了其共模干扰源的特性，测量并分析了异步电机的频域阻抗特性，提出了其等效RLC电路模型，最后通过仿真得到了与实验吻合的挂接一个逆变器的直流电网共模干扰特性。
2挂接一个逆变器的直流电网及其测试实验设置
进行传导干扰测量的实验系统构成如下：
（1）三相可控整流电源：用于提供直流电源，电压250V；
（2）商用逆变器1台，用7.5kWLGSTARVERT-iS3变频器改装而来，输入直流200~310V，输出三相220V/50Hz，IGBT容量40A/500V，PWM载频10kHz；
（3）异步交流机组1台，异步电机220V，4kW（220V，4极，D连接），直流电机4kW；
（4）10mf4直流电缆2根；2m三芯f3交流电缆1根；
（5）LISN（线性阻抗稳定网络）2个，规格为20A，230V，50mF/50W，在指定的频段里具有规定的阻抗特性；
（6）200W10kW电阻箱1个，作为电机组的负载；
（7）地平面：3mm厚铝板，1.8m×1.4m。
实验时，将逆变器输入接入直流电网，输出端连接异步电机机组负载，为了进行传导EMI测量，在直流输入侧串入2个LISN，每个LISN都为被测系统提供了50W的阻抗，也防止了电源的干扰进入被测系统（EUT）。传导干扰测量通过频谱仪观察LISN上规定阻抗上的电压来实现。按照前述构型，总EMI可以从任意一个LISN测出，而共模或差模EMI则可通过两个LISN测得的电压的加减得到。
在EMC测试中，接地布置对于实验的可重复性来说是很重要的，参照GJB151、CISPR等对EMC测量接地的要求，在实验台上放置了一个1.8m×1.4m铝制的大平板作为参考地平面，LISN直接放置在该平面上，测量仪器与地平面绝缘，而逆变器散热片、电机机壳、LISN均用电缆连于地平面，以提供一个安全的保护地，如图3所示。整个传导干扰测量实验布置如图4所示。
实验表明，DC供电系统挂接一个逆变器后干扰较大，并有较大的高频振荡出现，图5为从LISN输出的电压波形，这种高频振荡与IGBT开关周围的寄生电容有关。
测得的共模传导干扰频谱如图6所示，可见，在0~20kHz频段频谱曲线呈下降趋势，在20kHz以上频段呈上升趋势，最大与最小值之间相差约42dBmV，在10kHz的整数倍上有较强的频谱成分出现。
3器件模型建立及寄生参数测量
3.1电机绕组模型及参数测量
电机是个非线性设备，涉及的参数很多，要精确测量其参数较难，由于目前只分析0~150kHz低频段的传导干扰，故这里仅采用LCR仪近似测量有关绕组的参数，并忽略绕组间的互感。
测量某一相绕组的阻抗时，要消除寄生参数的影响，实测阻抗特性如图7所示，可见电机绕组只在50kHz以下的频段呈电感性，在f0=51.1kHz时整个电路发生并联谐振，在大于51.1kHz的频段电机绕组呈容性。按照文[2]绕组阻抗的建模法可建立其对应由RLC构成的线性电路模型，如图8所示，由此仿真得到的阻抗频率特性如图9所示，与测量结果基本吻合，该结果优于文[2]的结果，因为在文[2]中，在0~10kHz频段测量阻抗小于1kW，而仿真结果则大于2kW，有很大误差，本文的模型误差较小。
3.2DC电缆模型及参数测量
单根DC电缆长约10m，其寄生参数不能忽略，实测阻抗频率特性如图10所示，由于在大部分频率下，阻抗角接近于90º，因此，可以将单根直流电缆近似地等效为RL串联支路，由此算出等效RL串联支路电阻R≈0.09W，电感L≈16nH，实际测量时，用LCR仪同时测量2根直流电缆短路连接的情形，测出的值除以2就得到单[1][2][3]下一页
