3. 設計、認證測試及應用中案例

3.1 設計中的電磁兼容性考慮

變頻器中大量的使用了電力電子半導體器件，其中IGBT作為主功率器件工作在開關狀態(tài)，數(shù)字化、高頻化的快速發(fā)展中帶來的電磁兼容問題必須在設計階段充分考慮。下面分別從原理圖設計檢查、PCB設計檢查及濾波元件使用三個方面進行討論。

1)原理圖設計中EMC檢查

原理圖是變頻器產(chǎn)品電路部分的基礎，從EMC角度出發(fā)，表6中給出了原理圖設計中EMC檢查的幾個示例，具體到各家的產(chǎn)品有不同的設計檢查規(guī)范要求。

表6原理圖檢查列表

2) PCB設計中EMC檢查

PCB是變頻器產(chǎn)品電路部分的實現(xiàn)的介質(zhì)，PCB設計的好壞直接關系到了變頻器產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性。從EMC角度出發(fā)，表7中給出了PCB設計中EMC檢查的幾個示例，具體到各家的產(chǎn)品有不同的設計檢查規(guī)范要求。

3) 濾波器件的使用

變頻器中使用的開關電源的頻率通常在40kHz-300kHz之間，如果不采用相應的濾波器件電磁兼容的標準很難實現(xiàn)。設置濾波器, 其作用是為了抑制諧波干擾信號從變頻器電源通過導線傳導干擾到周邊電路。恰當?shù)剡x擇和正確地使用濾波器對抑制傳導干擾十分重要。

3.2 變頻器認證測試

針對設計完成的產(chǎn)品，按照認證的步驟需要進行測試驗證，根據(jù)測試結(jié)果來判斷是否完全符合標準規(guī)定的指標要求。對變頻器而言，表4中列出的每項標準均需要在符合要求的實驗室或測試中心來驗證完成。已第10項 輻射發(fā)射為例進行介紹,圖6給出了某廠家變頻器的輻射發(fā)射測試圖。

圖6 變頻調(diào)速系統(tǒng)輻射發(fā)射測試

在測試過程中，以下幾個因素對測試結(jié)果有較大的影響：

1) 開關頻率：越高對測試的結(jié)果影響越大;

2) 負載大?。贺撦d電流越大對測試的結(jié)果影響越大;

3) 屏蔽設備：安裝到屏蔽柜內(nèi)對某些頻率段有較好的改善效果。

3.3 應用中改善電磁干擾的方案

前面3.1節(jié)中探討了設計中的電磁兼容性，當變頻器產(chǎn)品完成設計，應用到傳動系統(tǒng)中仍無法滿足電磁兼容要求時，針對系統(tǒng)的抗電磁干擾方案的使用是非常必要的。下面探討幾種常見的抗電磁干擾方案。

1) 高次電流諧波的抑制

圖7(a) 、圖7(b)分別給出了采用輸入交流電抗器和直流電抗器的方案。

圖7.(a)采用AC輸入電抗器抑制高次諧波

對于中大功率的變頻器來說，廠家在設計時都集成了直流電抗器或預留連接外部直流電抗器的端子來滿足系統(tǒng)抗電磁干擾的要求。

圖7.(b)采用DC輸入電抗器抑制高次諧波

2) 金屬接線管的接地

變頻器在安裝過程中，為了減小輻射發(fā)射對周邊儀器儀表的影響，常常會將輸入、輸出導線用鋼管來屏蔽。圖8給出了穿鋼管后有效的接地示意圖。

圖8. 金屬接線管接地示意圖

表8從變頻器接線和設置、控制柜、干擾對策用器件、受干擾影響的處理措施等幾方面概括了常見及對策目標。

表8. 常見干擾故障的防止方法

4 幾點思考

4.1 好的產(chǎn)品是設計出來的不是測試出來的

隨著國產(chǎn)變頻器產(chǎn)品自主知識產(chǎn)權(quán)及研發(fā)實力的不斷增強，對于高可靠性、高品質(zhì)的產(chǎn)品的認識也不斷加深。好的產(chǎn)品在設計階段必須有足夠的驗證和考驗，每項指標從理論到實踐必須有清晰的過程及數(shù)據(jù)支持。而不是等到設計完成后通過反復的測試并降低測試標準來滿足規(guī)格要求。許多公司在產(chǎn)品設計中都引進了同步EMC設計流程，避免了產(chǎn)

品后期出現(xiàn)EMC問題無法滿足標準后帶來的項目推遲或?qū)⒌椭笜?。圖9給出了研發(fā)設計與EMC設計同步流程示意圖。只有嚴格執(zhí)行EMC同步設計流程，才能設計出優(yōu)秀的產(chǎn)品。

圖9. EMC同步設計流程示意圖

4.2 產(chǎn)品進入新市場的必備條件

不同國家和地區(qū)的EMC認證有：歐洲：CE, TUV, GS, VDE, NEMKO, SEMKO, DEMKO, FIMKO, GOST;美洲：UL, CSA, FCC(Verification, DoC 和Certification), ETL, FDA;亞洲：CCC, PSB, PSE, VCCI, BSMI, MIC;其它國家和地區(qū)：C-TICK, SAA, CB, SASO，NOM。從上面所給出的不同國家和地區(qū)的EMC認證的種類可以看出，認證是進入新市場的必備條件，必須充分了解其標準及需求，才有可能設計出符合新市場的產(chǎn)品。

4.3專業(yè)的高水平EMC工程師人才稀缺

產(chǎn)品的研發(fā)離不開人，優(yōu)秀產(chǎn)品的研發(fā)離不開優(yōu)秀的研發(fā)工程師。早期的產(chǎn)品研發(fā)中，針對各個研發(fā)環(huán)節(jié)，EMC僅僅是采取一些測試驗證措施，沒有將其納入設計的流程中，因此，正正懂產(chǎn)品并有豐富EMC經(jīng)驗的工程師非常少。而作為人才培養(yǎng)基地的高校也僅僅局限在理論的講解，缺少實踐環(huán)節(jié)，畢業(yè)生進入企業(yè)后需要3-5年的時間去實踐并積累經(jīng)驗。隨著國內(nèi)廠家海外市場開拓步伐的加快，專業(yè)的、有豐富經(jīng)驗的EMC工程師在市場上變得十分稀缺。

4.4 EMC實驗室如何提高服務水平和利用率

EMC 測試設備與常規(guī)的測試設備相比有其專用性的一面，因此，價格比較昂貴。尤其是EMC測試中的暗室和電磁屏蔽室，投資成本非常高，對于中小型公司、產(chǎn)品線單一的公司自建這樣的實驗室十分困難。目前，從國內(nèi)具備測試能力的EMC實驗室看到，大多數(shù)是國有大中型科研院、所，由于有國家資金的投入，硬件平臺非常的完善，但軟的方面卻略顯不足，比如：熟悉不同行業(yè)產(chǎn)品標準的人才、民用產(chǎn)品測試的附屬件、服務的意識。從而造成了擁有測試能力的一方設備閑置率高、利用率低下，而中小企業(yè)在產(chǎn)品EMC測試中找不到合適的實驗室。綜上論述，國內(nèi)變頻器產(chǎn)品在走向全球市場進程中，需要不斷加強研發(fā)的自主知識產(chǎn)權(quán)，將EMC納入同步設計流程，同時，培養(yǎng)及吸納優(yōu)秀的工程師，聯(lián)合有經(jīng)驗的實驗室方可取得事半功倍的效果。