三相電機正反轉用固態(tài)繼電器電磁兼容測試探究

       針對異步電機驅動(dòng)系統中三相六開(kāi)關(guān)逆變器單管故障問(wèn)題，提出了一種逆變器在故障狀態(tài)下的三相六開(kāi)關(guān)容錯控制策略，較三相四開(kāi)關(guān)容錯控制可以提供較多的電壓矢量，進(jìn)而可以有效地抑制轉矩脈動(dòng)。本文介紹控制駝峰電動(dòng)緩行器控制箱用的三相電機正反轉的固態(tài)繼電器在電磁兼容試驗（脈沖群抗擾度和浪涌抗擾度）過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，*后經(jīng)過(guò)試驗驗證不帶監測電路的固態(tài)繼電器的電磁兼容特性更好，更適合駝峰電動(dòng)車(chē)輛減速器控制箱控制電機正反轉使用。 

     異步電機直接轉矩控制作為繼矢量控制后發(fā)展起來(lái)的一種高性能控制方法，以其控制結構簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應快、對電機參數不敏感等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應用。然而直接轉矩控制中存在轉矩和磁鏈脈動(dòng)較大、開(kāi)關(guān)頻率不穩定等問(wèn)題，阻礙了其在高精度控制場(chǎng)合的應用。近年來(lái)，模型預測控制因其可以直接考慮被控過(guò)程的輸入、狀態(tài)和輸出的約束條件，并可直接處理耦合多變量系統具有動(dòng)態(tài)響應快、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的關(guān)注和研究。 

1 三相電機正反轉用固態(tài)繼電器概述 
        電動(dòng)車(chē)輛減速器控制箱使用的交流固態(tài)繼電器是一種無(wú)觸點(diǎn)通斷電子開(kāi)關(guān)，即整個(gè)器件無(wú)機械可動(dòng)部件及觸點(diǎn)，可實(shí)現相當于常用的機械式電磁繼電器一樣的功能，同時(shí)在輸入控制端設置邏輯正反互鎖電路，有效防止正反兩路可控硅同時(shí)導通造成相間短路，保證供電系統、電機及模塊本身的**。 
       三相電機正反轉控制固態(tài)繼電器由三組端子組成，其中一組為輸入控制端，在輸入端加上直流或脈沖信號，輸出控制端能從關(guān)斷狀態(tài)轉變成導通狀態(tài)（無(wú)信號時(shí)呈阻斷狀態(tài)），從而控制較大負載;改變輸入端正反轉信號，可以控制固態(tài)繼電器的輸出相序;另外兩組端子為輸出受控端，三進(jìn)三出，在控制的主回路中起到關(guān)鍵的作用[1]。 

2 電磁兼容試驗 
2.1 試驗樣品 
樣品1：一種是帶監測電路的固態(tài)繼電器;樣品2：沒(méi)有任何附加電路的固態(tài)繼電器。 
2.2 試驗內容 
為測試公司采買(mǎi)的兩種控制三相電機正反轉固態(tài)繼電器的電磁兼容性能，特布置以下試驗場(chǎng)景。 
（1）試驗項目 
①浪涌抗擾度：共?！?kV、差?！?kV。 
②脈沖群抗擾度：AC2kV/5kHz。 
（2）試驗條件 
①控制電壓：0V;②負載：無(wú);③三相輸入AC380V。 
（3）試驗方法 
①浪涌試驗將經(jīng)過(guò)耦合和去耦網(wǎng)絡(luò )的電源三相線(xiàn)接在固態(tài)繼電器的三相輸入端，然后通過(guò)實(shí)驗設備依次給固態(tài)繼電器中的一相施加共?！?kV干擾信號。試驗結果：兩個(gè)試驗固態(tài)繼電器樣品均在不同試驗點(diǎn)時(shí)炸裂。 
②電快速脈沖群試驗同樣接線(xiàn)方式，通過(guò)實(shí)驗設備給固態(tài)繼電器施加AC380V+ACkV/5kHz干擾信號，試驗結果：兩個(gè)試驗固態(tài)繼電器樣品均在不同試驗點(diǎn)時(shí)炸裂同時(shí)伴隨起火現象[2]。 
（4）試驗結果分析 
      通過(guò)上述兩個(gè)試驗結果和試驗過(guò)程中的現象，分析比較兩個(gè)樣品的區別，發(fā)現：樣品1：兩項試驗均不通過(guò)是因為在三相電源輸入端口處廠(chǎng)家增加了監測電路，該監測電路不能承受干擾信號而導致固態(tài)繼電器炸裂。樣品2：①固態(tài)繼電器電源端口A(yíng)1在對地進(jìn)行浪涌和電快速脈沖群試驗過(guò)程中，無(wú)異樣發(fā)生，試驗正常通過(guò);②浪涌共模試驗過(guò)程中，在電源端口B1對地的共模試驗時(shí)，固態(tài)繼電器內部電路導致正在做試驗的B1電源與另一相C1之間引入了差模（干擾信號為±2kV）信號，*終導致固態(tài)繼電器不能承受高的干擾信號而炸裂。分析原因是因為A相與B、C相之間是獨立存在的，在試驗過(guò)程中不會(huì )引入差模信號，B、C兩相之間有保護電路導致不能承受2kV的干擾信號而使試驗失敗。為驗證以上說(shuō)法，在第3.3節進(jìn)行變換試驗方法再次試驗;③電快速脈沖群試驗主要是做共模性質(zhì)的干擾試驗，由于A(yíng)相與B、C相之間是獨立關(guān)系，在A(yíng)相對地之間加入干擾信號，不會(huì )與B相或C相之間產(chǎn)生2kV差模信號，所以A相對地試驗通過(guò);由于B、C相之間沒(méi)有隔離，所以在做B相對地的電快速脈沖群試驗過(guò)程中，對C相產(chǎn)生了差模信號，反之亦然，導致試驗不通過(guò)。 

2.3 再試驗 
（1）試驗內容 
①浪涌試驗共模2kV固態(tài)繼電器A1、B1、C1相互之間短接，并接入經(jīng)過(guò)耦合和去耦網(wǎng)絡(luò )的電源的一相電源線(xiàn)同時(shí)給固態(tài)繼電器的三相電源端口浪涌沖擊2kV干擾信號試驗結果：固態(tài)繼電器樣品2通過(guò)該項試驗。 
②浪涌試驗。差模1kV接入經(jīng)過(guò)耦合和去耦網(wǎng)絡(luò )的電源A，B相接入固態(tài)繼電器輸入端A1和B1，C相不接，啟動(dòng)試驗設備引入1KV差模信號，進(jìn)行試驗。該步試驗成功后，依次做A1、C1相和B1、C1相;試驗結果：固態(tài)繼電器樣品2通過(guò)該項試驗。 
③脈沖群抗擾度試驗AC2kV/5kHz。接入經(jīng)過(guò)耦合和去耦網(wǎng)絡(luò )的三相電源同時(shí)接入固態(tài)繼電器的A1，B1，C1，手動(dòng)設置信號給入方式：三相同時(shí)進(jìn)行電快速脈沖群信號（AC2kV/5kHz），試驗結果：固態(tài)繼電器樣品2通過(guò)該項試驗。 
（2）試驗結果分析 
①共模2kV浪涌試驗，實(shí)驗前可以將固態(tài)繼電器三相輸入端短接，然后由實(shí)驗設備給出干擾信號，這樣B、C兩相之間不會(huì )引入差模2kV干擾信號，試驗可以通過(guò);同理，試驗設備可以同時(shí)給固態(tài)繼電器三相輸入端干擾信號（端口不短接），也可以避免引入差模信號。 
②脈沖群抗擾度（AC2kV/5kHz）測試與共模2kV浪涌試驗測試方法一致，干擾信號可以同時(shí)給入固態(tài)繼電器三相輸入端，不會(huì )使B，C相間引入差模干擾信號，造成試驗失敗[3]。 

3 結束語(yǔ) 
控制三相電機正反轉的固體繼電器的電磁兼容不同于每條回路都是獨立的固態(tài)繼電器，廠(chǎng)家在考核其電磁兼容耐受性時(shí)一定要選擇正確的接線(xiàn)方式和信號幅值，以免燒毀器件。