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三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)用固態(tài)繼電器電磁兼容測試探究
針對異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中三相六開關(guān)逆變器單管故障問題,提出了一種逆變器在故障狀態(tài)下的三相六開關(guān)容錯(cuò)控制策略,較三相四開關(guān)容錯(cuò)控制可以提供較多的電壓矢量,進(jìn)而可以有效地抑制轉(zhuǎn)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(jī)正反轉(zhuǎn)的固態(tài)繼電器在電磁兼容試驗(yàn)(脈沖群抗擾度和浪涌抗擾度)過程中遇到的問題和解決問題的方法,*后經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證不帶監(jiān)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)車輛減速器控制箱控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)使用。
異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制作為繼矢量控制后發(fā)展起來的一種高性能控制方法,以其控制結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、對電機(jī)參數(shù)不敏感等優(yōu)點(diǎn),得到廣泛的應(yīng)用。然而直接轉(zhuǎn)矩控制中存在轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)較大、開關(guān)頻率不穩(wěn)定等問題,阻礙了其在高精度控制場合的應(yīng)用。近年來,模型預(yù)測控制因其可以直接考慮被控過程的輸入、狀態(tài)和輸出的約束條件,并可直接處理耦合多變量系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(jī)正反轉(zhuǎn)用固態(tài)繼電器概述
電動(dòng)車輛減速器控制箱使用的交流固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通斷電子開關(guān),即整個(gè)器件無機(jī)械可動(dòng)部件及觸點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于常用的機(jī)械式電磁繼電器一樣的功能,同時(shí)在輸入控制端設(shè)置邏輯正反互鎖電路,有效防止正反兩路可控硅同時(shí)導(dǎo)通造成相間短路,保證供電系統(tǒng)、電機(jī)及模塊本身的**。
三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)(無信號時(shí)呈阻斷狀態(tài)),從而控制較大負(fù)載;改變輸入端正反轉(zhuǎn)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(yàn)
2.1 試驗(yàn)樣品
樣品1:一種是帶監(jiān)測電路的固態(tài)繼電器;樣品2:沒有任何附加電路的固態(tài)繼電器。
2.2 試驗(yàn)內(nèi)容
為測試公司采買的兩種控制三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)固態(tài)繼電器的電磁兼容性能,特布置以下試驗(yàn)場景。
(1)試驗(yàn)項(xiàng)目
①浪涌抗擾度:共?!?kV、差?!?kV。
②脈沖群抗擾度:AC2kV/5kHz。
(2)試驗(yàn)條件
①控制電壓:0V;②負(fù)載:無;③三相輸入AC380V。
(3)試驗(yàn)方法
①浪涌試驗(yàn)將經(jīng)過耦合和去耦網(wǎng)絡(luò)的電源三相線接在固態(tài)繼電器的三相輸入端,然后通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備依次給固態(tài)繼電器中的一相施加共?!?kV干擾信號。試驗(yàn)結(jié)果:兩個(gè)試驗(yàn)固態(tài)繼電器樣品均在不同試驗(yàn)點(diǎn)時(shí)炸裂。
②電快速脈沖群試驗(yàn)同樣接線方式,通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備給固態(tài)繼電器施加AC380V+ACkV/5kHz干擾信號,試驗(yàn)結(jié)果:兩個(gè)試驗(yàn)固態(tài)繼電器樣品均在不同試驗(yàn)點(diǎn)時(shí)炸裂同時(shí)伴隨起火現(xiàn)象[2]。
(4)試驗(yàn)結(jié)果分析
通過上述兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)過程中的現(xiàn)象,分析比較兩個(gè)樣品的區(qū)別,發(fā)現(xiàn):樣品1:兩項(xiàng)試驗(yàn)均不通過是因?yàn)樵谌嚯娫摧斎攵丝谔帍S家增加了監(jiān)測電路,該監(jiān)測電路不能承受干擾信號而導(dǎo)致固態(tài)繼電器炸裂。樣品2:①固態(tài)繼電器電源端口A1在對地進(jìn)行浪涌和電快速脈沖群試驗(yàn)過程中,無異樣發(fā)生,試驗(yàn)正常通過;②浪涌共模試驗(yàn)過程中,在電源端口B1對地的共模試驗(yàn)時(shí),固態(tài)繼電器內(nèi)部電路導(dǎo)致正在做試驗(yàn)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(dǎo)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?yàn)锳相與B、C相之間是獨(dú)立存在的,在試驗(yàn)過程中不會引入差模信號,B、C兩相之間有保護(hù)電路導(dǎo)致不能承受2kV的干擾信號而使試驗(yàn)失敗。為驗(yàn)證以上說法,在第3.3節(jié)進(jìn)行變換試驗(yàn)方法再次試驗(yàn);③電快速脈沖群試驗(yàn)主要是做共模性質(zhì)的干擾試驗(yàn),由于A相與B、C相之間是獨(dú)立關(guān)系,在A相對地之間加入干擾信號,不會與B相或C相之間產(chǎn)生2kV差模信號,所以A相對地試驗(yàn)通過;由于B、C相之間沒有隔離,所以在做B相對地的電快速脈沖群試驗(yàn)過程中,對C相產(chǎn)生了差模信號,反之亦然,導(dǎo)致試驗(yàn)不通過。
2.3 再試驗(yàn)
(1)試驗(yàn)內(nèi)容
①浪涌試驗(yàn)共模2kV固態(tài)繼電器A1、B1、C1相互之間短接,并接入經(jīng)過耦合和去耦網(wǎng)絡(luò)的電源的一相電源線同時(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(yàn)結(jié)果:固態(tài)繼電器樣品2通過該項(xiàng)試驗(yàn)。
②浪涌試驗(yàn)。差模1kV接入經(jīng)過耦合和去耦網(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(yàn)設(shè)備引入1KV差模信號,進(jìn)行試驗(yàn)。該步試驗(yàn)成功后,依次做A1、C1相和B1、C1相;試驗(yàn)結(jié)果:固態(tài)繼電器樣品2通過該項(xiàng)試驗(yàn)。
③脈沖群抗擾度試驗(yàn)AC2kV/5kHz。接入經(jīng)過耦合和去耦網(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(shè)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(yàn)結(jié)果:固態(tài)繼電器樣品2通過該項(xiàng)試驗(yàn)。
(2)試驗(yàn)結(jié)果分析
①共模2kV浪涌試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)前可以將固態(tài)繼電器三相輸入端短接,然后由實(shí)驗(yàn)設(shè)備給出干擾信號,這樣B、C兩相之間不會引入差模2kV干擾信號,試驗(yàn)可以通過;同理,試驗(yàn)設(shè)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(yàn)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,不會使B,C相間引入差模干擾信號,造成試驗(yàn)失敗[3]。
3 結(jié)束語
控制三相電機(jī)正反轉(zhuǎn)的固體繼電器的電磁兼容不同于每條回路都是獨(dú)立的固態(tài)繼電器,廠家在考核其電磁兼容耐受性時(shí)一定要選擇正確的接線方式和信號幅值,以免燒毀器件。