工業(yè)變頻器研發(fā)中的特性檢測與試驗方法

1 引言

變頻驅動(dòng)作為一種節能手段，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用，變頻器的市場(chǎng)是巨大的。作為一個(gè)合格的變頻器產(chǎn)品在進(jìn)入市場(chǎng)之前，必須進(jìn)行各種特性檢測試驗，可以稱(chēng)為評價(jià)試驗。這些試驗的實(shí)施者包括研發(fā)部門(mén)、品質(zhì)保證部門(mén)及出廠(chǎng)檢查部門(mén)。評價(jià)試驗的試驗條件、試驗方法、結果判定等是一件很重要的事情。一般來(lái)講，試驗的種類(lèi)包括：

（1）形式試驗（Type test） 是檢驗變頻器制造商的產(chǎn)品中給出的額定條件、規格及其他是否滿(mǎn)足要求的試驗，在變頻器的樣機試作階段進(jìn)行。

（2）常規試驗（Routine test） 檢驗產(chǎn)品特性是否與形式試驗得到的特性一致。

（3）參考試驗（Option test） 是和產(chǎn)品的式樣、額定參數無(wú)直接關(guān)系，僅作為了解產(chǎn)品使用過(guò)程中的某些能力而進(jìn)行的試驗。

（4）組合試驗（combined test） 是包括電機和負載在內的整體系統評價(jià)試驗。

限于篇幅，本文大致給出了工業(yè)變頻器研發(fā)階段所需的各種特性評價(jià)試驗。

2 產(chǎn)品取得認證所需的電磁兼容性試驗

電磁兼容性試驗也就是變頻器設備的抗擾度試驗，目前主要是指靜電抗擾度試驗、由射頻場(chǎng)引起的輻射抗擾度試驗、電快速瞬態(tài)脈沖抗擾度試驗、雷擊浪涌抗擾度試驗、由射頻感應引起的傳導抗擾度試驗及電壓瞬時(shí)跌落和短時(shí)中斷抗擾度試驗。電磁兼容性試驗是產(chǎn)品研發(fā)階段中比較重要的試驗。由于是一系列產(chǎn)品認證試驗，所以試驗的條件和規格應當嚴格按照一定的標準(如國標)進(jìn)行。

靜電放電試驗就是通過(guò)放電槍來(lái)模擬實(shí)際的放電過(guò)程，分為直接放電和間接放電。直接放電是模擬人或者物體在接觸設備時(shí)引發(fā)的靜電可能對設備造成的損壞。間接放電是模擬人或者物體對設備鄰近的物體放電對設備工作造成的影響。

實(shí)際電網(wǎng)中眾多的機械開(kāi)關(guān)在切換電感性負載時(shí)，會(huì )產(chǎn)生較大的干擾?？焖偎矐B(tài)脈沖抗擾度試驗就是模擬這種干擾而進(jìn)行的。試驗時(shí)可以通過(guò)耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )將脈沖疊加在電源線(xiàn)上，也可以通過(guò)電容耦合夾將脈沖疊加到通訊線(xiàn)路上，以此模擬對變頻器的主電源回路和通訊回路的干擾。

雷擊浪涌抗擾度試驗是模擬自然界的雷擊對變頻器的電源線(xiàn)路和通訊線(xiàn)路造成的影響。浪涌試驗的特是脈沖重復率低、幅值較高、能量巨大，因此對設備的影響可能是破壞性的。

電壓跌落和瞬時(shí)中斷試驗是模擬來(lái)自于電源側和負載側的突然變化引起的干擾而進(jìn)行的試驗。實(shí)際中，這些現象的發(fā)生機率是隨機的，特點(diǎn)是偏離額定電壓并且持續一定的時(shí)間。該試驗的主要目的是檢測變頻器在上述情況下能夠正常工作或者能夠及時(shí)作出反應，保證數據不丟失。

射頻輻射電磁場(chǎng)試驗是模擬設備遭受射頻輻射干擾的工作狀況，射頻傳導試驗是模擬射頻傳導干擾對設備的影響。兩項試驗都不是單臺機器就能完成的，需要一套儀器實(shí)現。也不是能在普通試驗室可以進(jìn)行的，射頻輻射電磁場(chǎng)試驗應當在電波暗室中進(jìn)行。射頻傳導試驗一般應在屏蔽室中進(jìn)行。

3 硬件電路設計中的評價(jià)試驗

硬件設計中的試驗項目很多，嚴格講來(lái)，對于產(chǎn)品中設計的各種電路都要進(jìn)行功能性評價(jià)試驗，如初始電流限制電路動(dòng)作、風(fēng)扇動(dòng)作等附屬電路的確認。對于產(chǎn)品中使用的各種元器件都需要進(jìn)行品質(zhì)評價(jià)試驗，如電解電容的紋波電流及壽命推算、風(fēng)扇的軸電壓等等。

由于硬件電路設計中的最重要的部分是IGBT（IPM）周邊電路設計和開(kāi)關(guān)電源設計，因此本文將著(zhù)重介紹這兩方面的相關(guān)評價(jià)試驗。

IGBT的設計要點(diǎn)包括選型、驅動(dòng)電路設計、保護電路設計、散熱設計。對于大容量的變頻器設計，器件的并聯(lián)應用設計也是一個(gè)很重要的內容。主要的評價(jià)試驗包括：