工業(yè)變頻器研發(fā)中的特性檢測與試驗(yàn)方法

1 引言

變頻驅(qū)動作為一種節(jié)能手段，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，變頻器的市場是巨大的。作為一個合格的變頻器產(chǎn)品在進(jìn)入市場之前，必須進(jìn)行各種特性檢測試驗(yàn)，可以稱為評價(jià)試驗(yàn)。這些試驗(yàn)的實(shí)施者包括研發(fā)部門、品質(zhì)保證部門及出廠檢查部門。評價(jià)試驗(yàn)的試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法、結(jié)果判定等是一件很重要的事情。一般來講，試驗(yàn)的種類包括：

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

（2）常規(guī)試驗(yàn)（Routine test） 檢驗(yàn)產(chǎn)品特性是否與形式試驗(yàn)得到的特性一致。

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

（4）組合試驗(yàn)（combined test） 是包括電機(jī)和負(fù)載在內(nèi)的整體系統(tǒng)評價(jià)試驗(yàn)。

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(yàn)。

2 產(chǎn)品取得認(rèn)證所需的電磁兼容性試驗(yàn)

電磁兼容性試驗(yàn)也就是變頻器設(shè)備的抗擾度試驗(yàn)，目前主要是指靜電抗擾度試驗(yàn)、由射頻場引起的輻射抗擾度試驗(yàn)、電快速瞬態(tài)脈沖抗擾度試驗(yàn)、雷擊浪涌抗擾度試驗(yàn)、由射頻感應(yīng)引起的傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)及電壓瞬時(shí)跌落和短時(shí)中斷抗擾度試驗(yàn)。電磁兼容性試驗(yàn)是產(chǎn)品研發(fā)階段中比較重要的試驗(yàn)。由于是一系列產(chǎn)品認(rèn)證試驗(yàn)，所以試驗(yàn)的條件和規(guī)格應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照一定的標(biāo)準(zhǔn)(如國標(biāo))進(jìn)行。

靜電放電試驗(yàn)就是通過放電槍來模擬實(shí)際的放電過程，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(shè)備時(shí)引發(fā)的靜電可能對設(shè)備造成的損壞。間接放電是模擬人或者物體對設(shè)備鄰近的物體放電對設(shè)備工作造成的影響。

實(shí)際電網(wǎng)中眾多的機(jī)械開關(guān)在切換電感性負(fù)載時(shí)，會產(chǎn)生較大的干擾?？焖偎矐B(tài)脈沖抗擾度試驗(yàn)就是模擬這種干擾而進(jìn)行的。試驗(yàn)時(shí)可以通過耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)將脈沖疊加在電源線上，也可以通過電容耦合夾將脈沖疊加到通訊線路上，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(yàn)是模擬自然界的雷擊對變頻器的電源線路和通訊線路造成的影響。浪涌試驗(yàn)的特是脈沖重復(fù)率低、幅值較高、能量巨大，因此對設(shè)備的影響可能是破壞性的。

電壓跌落和瞬時(shí)中斷試驗(yàn)是模擬來自于電源側(cè)和負(fù)載側(cè)的突然變化引起的干擾而進(jìn)行的試驗(yàn)。實(shí)際中，這些現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)率是隨機(jī)的，特點(diǎn)是偏離額定電壓并且持續(xù)一定的時(shí)間。該試驗(yàn)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(yīng)，保證數(shù)據(jù)不丟失。

射頻輻射電磁場試驗(yàn)是模擬設(shè)備遭受射頻輻射干擾的工作狀況，射頻傳導(dǎo)試驗(yàn)是模擬射頻傳導(dǎo)干擾對設(shè)備的影響。兩項(xiàng)試驗(yàn)都不是單臺機(jī)器就能完成的，需要一套儀器實(shí)現(xiàn)。也不是能在普通試驗(yàn)室可以進(jìn)行的，射頻輻射電磁場試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)在電波暗室中進(jìn)行。射頻傳導(dǎo)試驗(yàn)一般應(yīng)在屏蔽室中進(jìn)行。

3 硬件電路設(shè)計(jì)中的評價(jià)試驗(yàn)

硬件設(shè)計(jì)中的試驗(yàn)項(xiàng)目很多，嚴(yán)格講來，對于產(chǎn)品中設(shè)計(jì)的各種電路都要進(jìn)行功能性評價(jià)試驗(yàn)，如初始電流限制電路動作、風(fēng)扇動作等附屬電路的確認(rèn)。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(yàn)，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(shè)計(jì)中的最重要的部分是IGBT（IPM）周邊電路設(shè)計(jì)和開關(guān)電源設(shè)計(jì)，因此本文將著重介紹這兩方面的相關(guān)評價(jià)試驗(yàn)。

IGBT的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括選型、驅(qū)動電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)。對于大容量的變頻器設(shè)計(jì)，器件的并聯(lián)應(yīng)用設(shè)計(jì)也是一個很重要的內(nèi)容。主要的評價(jià)試驗(yàn)包括：