工業(yè)變頻器研發(fā)中的特性檢測與試驗方法

1 引言

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

（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(guī)格及其他是否滿足要求的試驗，在變頻器的樣機試作階段進行。

（2）常規(guī)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(shù)無直接關系，僅作為了解產(chǎn)品使用過程中的某些能力而進行的試驗。

（4）組合試驗（combined test） 是包括電機和負載在內(nèi)的整體系統(tǒng)評價試驗。

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跌落和短時中斷抗擾度試驗。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(guī)格應當嚴格按照一定的標準(如國標)進行。

靜電放電試驗就是通過放電槍來模擬實際的放電過程，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備時引發(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。

實際電網(wǎng)中眾多的機械開關在切換電感性負載時，會產(chǎn)生較大的干擾。快速瞬態(tài)脈沖抗擾度試驗就是模擬這種干擾而進行的。試驗時可以通過耦合/去耦網(wǎng)絡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。

電壓跌落和瞬時中斷試驗是模擬來自于電源側和負載側的突然變化引起的干擾而進行的試驗。實際中，這些現(xiàn)象的發(fā)生機率是隨機的，特點是偏離額定電壓并且持續(xù)一定的時間。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作出反應，保證數(shù)據(jù)不丟失。

射頻輻射電磁場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，需要一套儀器實現(xiàn)。也不是能在普通試驗室可以進行的，射頻輻射電磁場試驗應當在電波暗室中進行。射頻傳導試驗一般應在屏蔽室中進行。

3 硬件電路設計中的評價試驗

硬件設計中的試驗項目很多，嚴格講來，對于產(chǎn)品中設計的各種電路都要進行功能性評價試驗，如初始電流限制電路動作、風扇動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行品質評價試驗，如電解電容的紋波電流及壽命推算、風扇的軸電壓等等。

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

IGBT的設計要點包括選型、驅動電路設計、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)應用設計也是一個很重要的內(nèi)容。主要的評價試驗包括：