電力電子系統(tǒng)運(yùn)行中，直流側(cè)共模電壓易誘發(fā)設(shè)備故障、干擾信號(hào)傳輸，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性與設(shè)備壽命。因此，精準(zhǔn)開展共模電壓測(cè)試至關(guān)重要。本文從基礎(chǔ)概念切入，拆解測(cè)試流程與核心要點(diǎn)，為工程技術(shù)人員提供實(shí)用參考。

一、直流側(cè)共模電壓的概念與產(chǎn)生機(jī)理

（一）核心概念界定

直流側(cè)共模電壓是直流供電系統(tǒng)中，正、負(fù)極相對(duì)于參考地（大地或特定基準(zhǔn)點(diǎn)）的同步電位偏移電壓。它與差模電壓（正負(fù)極間電位差）本質(zhì)不同，反映的是正負(fù)極相對(duì)于參考地的整體漂移狀態(tài)。

（二）主要產(chǎn)生原因

直流側(cè)共模電壓生成機(jī)制復(fù)雜，核心誘因包括四大類：

1. 功率器件開關(guān)動(dòng)作： PWM變換器中，IGBT、MOSFET等器件高頻通斷引發(fā)直流側(cè)電壓波動(dòng)，形成共模電壓。如IGBT快速關(guān)斷時(shí)，寄生電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)直接導(dǎo)致直流側(cè)電位偏移。

2. 電路寄生參數(shù)： 系統(tǒng)內(nèi)功率器件與散熱片、電纜與大地間的寄生電容/電感，通過電磁耦合產(chǎn)生共模電壓。例如，直流側(cè)電纜與大地的寄生電容會(huì)使部分電流流向大地，形成穩(wěn)定共模電壓。

3. 接地設(shè)計(jì)不合理： 接地電阻過大、線路過長或接地極布置不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致參考地電位漂移。如多設(shè)備共用接地極時(shí)，單設(shè)備大電流會(huì)在接地極形成壓降，引發(fā)其他設(shè)備共模電壓。

4. 外部電磁干擾： 雷電、周邊大功率設(shè)備輻射等外部干擾，會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)感應(yīng)電壓形成共模電壓。如雷電擊中附近線路產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓，可通過耦合傳遞至直流側(cè)。

二、測(cè)試前準(zhǔn)備工作

（一）測(cè)試設(shè)備精準(zhǔn)選型

測(cè)試設(shè)備性能決定結(jié)果準(zhǔn)確性，需針對(duì)性選型：

1. 示波器： 選用高輸入阻抗（≥1MΩ）、高帶寬（被測(cè)電壓最高頻率3-5倍）、高采樣率（≥帶寬2倍）型號(hào)。例：預(yù)估最高頻率100MHz時(shí)，選300-500MHz帶寬、采樣率≥600MS/s的示波器。

2. 電壓探頭： 采用差分探頭，可抑制共模干擾、精準(zhǔn)測(cè)量正/負(fù)極與參考地電壓。需保證探頭帶寬與示波器匹配，輸入范圍覆蓋被測(cè)電壓，衰減比選擇合理。

3. 接地工具： 準(zhǔn)備銅質(zhì)接地極（≥1.5m）、≥2.5mm2多股銅芯接地線及接地電阻測(cè)量儀，確保接地電阻≤4Ω。

4. 輔助工具： 配備絕緣防護(hù)裝備及接線工具，保障人員安全與作便利。

（二）標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試環(huán)境搭建

1. 場(chǎng)地選擇： 遠(yuǎn)離大功率電磁干擾源，保持場(chǎng)地干燥清潔，溫度15-30°C、濕度≤75%。

2. 接地系統(tǒng)搭建： 將銅質(zhì)接地極打入地下，通過接地線連接測(cè)試系統(tǒng)參考地，用測(cè)量儀驗(yàn)證電阻≤4Ω，不達(dá)標(biāo)時(shí)通過增接地極、加降阻劑優(yōu)化。

3. 電路連接： 被測(cè)系統(tǒng)斷電放電后，將差分探頭兩端接直流側(cè)正/負(fù)極，接地端接參考地，檢查線路無虛接、短路。

（三）全流程安全措施保障

1. 人員防護(hù)： 穿戴絕緣裝備，高壓測(cè)試需專人監(jiān)護(hù)。

2. 設(shè)備保護(hù)： 加裝過壓/過流防護(hù)裝置，測(cè)試前通電檢查設(shè)備狀態(tài)。

3. 應(yīng)急預(yù)案： 制定突發(fā)情況處理流程，配備急救設(shè)備與藥品。

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三、精細(xì)化測(cè)試步驟

（一）靜態(tài)測(cè)試（系統(tǒng)無負(fù)載工況）

1. 通電前復(fù)核： 檢查電路連接、探頭接地及示波器參數(shù)，確認(rèn)系統(tǒng)斷電。

2. 系統(tǒng)通電： 按規(guī)程分步通電，確認(rèn)系統(tǒng)啟動(dòng)正常、無異常報(bào)警。

3. 電壓測(cè)量： 系統(tǒng)穩(wěn)定后，調(diào)整示波器使波形清晰，記錄峰值、有效值、平均值，多次測(cè)量取平均值。

4. 波形分析： 觀察波形是否存在尖峰、振蕩，異常時(shí)排查設(shè)備與電路問題后重測(cè)。

（二）動(dòng)態(tài)測(cè)試（系統(tǒng)帶負(fù)載工況）

1. 加載準(zhǔn)備： 按額定參數(shù)選擇負(fù)載，與系統(tǒng)輸出端可靠連接，避免過載。

2. 加載管控： 從0逐步加載至額定負(fù)載，每級(jí)負(fù)載穩(wěn)定5-10分鐘后測(cè)量，同步記錄系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與共模電壓數(shù)據(jù)。

3. 動(dòng)態(tài)分析： 記錄負(fù)載切換時(shí)電壓波動(dòng)與波形畸變，梳理負(fù)載對(duì)共模電壓的影響規(guī)律，評(píng)估系統(tǒng)抗干擾能力。

4. 過載測(cè)試（可選）： 逐步加載至過載保護(hù)閾值，觀察共模電壓變化與保護(hù)動(dòng)作，監(jiān)控溫度、電流避免設(shè)備損壞。

四、測(cè)試數(shù)據(jù)處理與深度分析

（一）數(shù)據(jù)規(guī)范化整理

將測(cè)試參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、負(fù)載等級(jí)等整理為表格，按靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分類歸檔。

（二）數(shù)據(jù)有效性判斷

1. 有效性判斷： 偏差±10%以上或波形失真的數(shù)據(jù)視為異常;優(yōu)先排查故障重測(cè)，無法解決時(shí)剔除異常數(shù)據(jù)取平均值。

2. 異常數(shù)據(jù)處理： 發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后，優(yōu)先排查測(cè)試設(shè)備連接、示波器參數(shù)設(shè)置、接地系統(tǒng)等問題，排除故障后重新測(cè)試獲取有效數(shù)據(jù)；若無法明確故障原因且異常數(shù)據(jù)占比極低，可剔除異常數(shù)據(jù)，采用剩余正常數(shù)據(jù)的平均值作為該測(cè)試條件下的最終結(jié)果。

（三）多維度數(shù)據(jù)分析

1. 多維度分析： 對(duì)比靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，量化負(fù)載影響;通過傅里葉變換分析頻率特性，為抗干擾設(shè)計(jì)提供依據(jù);對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)判斷符合性，超標(biāo)時(shí)提出改進(jìn)措施。

2. 頻率特性分析： 通過傅里葉變換對(duì)共模電壓波形進(jìn)行頻譜分析，明確電壓中的主要頻率分量及各分量幅值，為后續(xù)共模干擾抑制方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。例如，若某一特定頻率分量幅值較高，可針對(duì)性設(shè)計(jì)濾波電路。

3. 標(biāo)準(zhǔn)符合性分析： 將測(cè)試得到的共模電壓參數(shù)與國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范及設(shè)備技術(shù)要求進(jìn)行比對(duì)，判斷被測(cè)直流系統(tǒng)共模電壓是否符合運(yùn)行要求。若超出標(biāo)準(zhǔn)限值，需深入分析誘因，提出優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、增設(shè)共模濾波環(huán)節(jié)等改進(jìn)措施。

五、測(cè)試過程核心注意事項(xiàng)

1. 設(shè)備校準(zhǔn)： 測(cè)試前校準(zhǔn)示波器、探頭，每年至少校準(zhǔn)一次，閑置或維修后重新校準(zhǔn)。

2. 規(guī)避探頭干擾： 縮短探頭導(dǎo)線，避免交叉纏繞，采用短粗接地線降低環(huán)路干擾。

3. 合理規(guī)劃順序： 先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)測(cè)試，動(dòng)態(tài)測(cè)試按低負(fù)載至高負(fù)載推進(jìn)。

4. 關(guān)注溫度變化： 監(jiān)測(cè)關(guān)鍵部件溫度，過高時(shí)暫停冷卻;數(shù)據(jù)分析需考慮溫度影響。

5. 及時(shí)留存數(shù)據(jù)： 同步保存測(cè)量數(shù)據(jù)、波形、測(cè)試條件，規(guī)范命名便于查閱。

六、常見問題及解決方案

（一）測(cè)試數(shù)據(jù)波動(dòng)較大

原因： 接地不良、電路虛接、外部干擾強(qiáng)、示波器參數(shù)不當(dāng)。解決方案：核查接地消除環(huán)路，緊固接線，遠(yuǎn)離干擾源或屏蔽防護(hù)，優(yōu)化示波器采樣率與觸發(fā)方式。

解決方案： 核查接地系統(tǒng)，確保接地電阻達(dá)標(biāo)，消除接地環(huán)路；重新檢查測(cè)試電路連接，緊固松動(dòng)端子，排除虛接；將測(cè)試設(shè)備與被測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)離干擾源，或采用屏蔽電纜、屏蔽罩等屏蔽措施削弱外部干擾；優(yōu)化示波器參數(shù)，提高采樣率，選擇邊沿觸發(fā)、脈沖觸發(fā)等合適的觸發(fā)方式，保障波形捕捉穩(wěn)定性。

（二）共模電壓波形失真

原因： 探頭帶寬不足、衰減比錯(cuò)誤、電路寄生參數(shù)過大。解決方案：更換高帶寬探頭，修正衰減比，優(yōu)化電路減少寄生參數(shù)。

解決方案： 更換更高帶寬的電壓探頭，確保覆蓋共模電壓最高頻率成分；重新核查探頭衰減比，根據(jù)被測(cè)電壓大小合理選擇，確保輸入信號(hào)在示波器量程內(nèi)；優(yōu)化測(cè)試電路設(shè)計(jì)，縮短導(dǎo)線長度、采用表面貼裝元件等，減少寄生參數(shù)影響。

（三）示波器無顯示或顯示異常

原因： 示波器電源故障、探頭連接不良、通道設(shè)置錯(cuò)誤、被測(cè)電壓過小。解決方案：排查電源與連接，修正通道設(shè)置，調(diào)整量程或更換高靈敏度探頭。

解決方案： 檢查示波器電源連接，排除電源故障；重新連接探頭與示波器，確保連接牢固正確；核查示波器通道設(shè)置，選擇對(duì)應(yīng)測(cè)試通道；調(diào)整示波器量程、降低檢測(cè)閾值，或更換靈敏度更高的電壓探頭。

綜上，直流側(cè)共模電壓測(cè)試是保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。工程技術(shù)人員需結(jié)合系統(tǒng)特性調(diào)整測(cè)試方案，嚴(yán)格遵循規(guī)程與安全措施，確保結(jié)果精準(zhǔn)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試與運(yùn)維提供支撐。

審核編輯 黃宇