变频器通过国外电磁兼容标准实践与思考
序号
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EMC测试设备
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1
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Radio-frequencysignalgenerator
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HP8648B
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2
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Poweramplifier
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AR250W1000A
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3
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Radio-frequencypowermeter
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PM2002
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4
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Emissionantenna
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AT1080
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5
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Signalgenerator
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CWS500
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6
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Immunitytestinginstrument
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EMCPro
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7
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Biconicalantenna
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HK116
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8
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Logperiodicantenna
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HL223
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9
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EMItestreceiver
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ESCS30
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3. 设计、认证测试及应用中案例
3.1 设计中的电磁兼容性考虑
变频器中大量的使用了电力电子半导体器件，其中IGBT作为主功率器件工作在开关状态，数字化、高频化的快速发展中带来的电磁兼容问题必须在设计阶段充分考虑。下面分别从原理图设计检查、PCB设计检查及滤波元件使用三个方面进行讨论。
1)原理图设计中EMC检查
原理图是变频器产品电路部分的基础，从EMC角度出发，表6中给出了原理图设计中EMC检查的几个示例，具体到各家的产品有不同的设计检查规范要求。
表6原理图检查列表
评审检查要素
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是否满足要求
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结论说明
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主芯片的滤波设计
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是□否□免□
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电源接口的滤波
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是□否□免□
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时钟电路的滤波
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是□否□免□
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2) PCB设计中EMC检查
PCB是变频器产品电路部分的实现的介质，PCB设计的好坏直接关系到了变频器产品的可靠性、稳定性。从EMC角度出发，表7中给出了PCB设计中EMC检查的几个示例，具体到各家的产品有不同的设计检查规范要求。
3) 滤波器件的使用
变频器中使用的开关电源的频率通常在40kHz-300kHz之间，如果不采用相应的滤波器件电磁兼容的标准很难实现。设置滤波器, 其作用是为了抑制谐波干扰信号从变频器电源通过导线传导干扰到周边电路。恰当地选择和正确地使用滤波器对抑制传导干扰十分重要。
3.2 变频器认证测试
针对设计完成的产品，按照认证的步骤需要进行测试验证，根据测试结果来判断是否完全符合标准规定的指标要求。对变频器而言，表4中列出的每项标准均需要在符合要求的实验室或测试中心来验证完成。已第10项 辐射发射为例进行介绍,图6给出了某厂家变频器的辐射发射测试图。
图6 变频调速系统辐射发射测试
在测试过程中，以下几个因素对测试结果有较大的影响：
1) 开关频率：越高对测试的结果影响越大;
2) 负载大小：负载电流越大对测试的结果影响越大;
3) 屏蔽设备：安装到屏蔽柜内对某些频率段有较好的改善效果。
3.3 应用中改善电磁干扰的方案
前面3.1节中探讨了设计中的电磁兼容性，当变频器产品完成设计，应用到传动系统中仍无法满足电磁兼容要求时，针对系统的抗电磁干扰方案的使用是非常必要的。下面探讨几种常见的抗电磁干扰方案。
1) 高次电流谐波的抑制
图7(a) 、图7(b)分别给出了采用输入交流电抗器和直流电抗器的方案。
图7.(a)采用AC输入电抗器抑制高次谐波
对于中大功率的变频器来说，厂家在设计时都集成了直流电抗器或预留连接外部直流电抗器的端子来满足系统抗电磁干扰的要求。
图7.(b)采用DC输入电抗器抑制高次谐波
2) 金属接线管的接地
变频器在安装过程中，为了减小辐射发射对周边仪器仪表的影响，常常会将输入、输出导线用钢管来屏蔽。图8给出了穿钢管后有效的接地示意图。
图8. 金属接线管接地示意图
表8从变频器接线和设置、控制柜、干扰对策用器件、受干扰影响的处理措施等几方面概括了常见及对策目标。
表8. 常见干扰故障的防止方法
4 几点思考
4.1 好的产品是设计出来的不是测试出来的
随着国产变频器产品自主知识产权及研发实力的不断增强，对于高可靠性、高品质的产品的认识也不断加深。好的产品在设计阶段必须有足够的验证和考验，每项指标从理论到实践必须有清晰的过程及数据支持。而不是等到设计完成后通过反复的测试并降低测试标准来满足规格要求。许多公司在产品设计中都引进了同步EMC设计流程，避免了产
品后期出现EMC问题无法满足标准后带来的项目推迟或将低指标。图9给出了研发设计与EMC设计同步流程示意图。只有严格执行EMC同步设计流程，才能设计出优秀的产品。
图9. EMC同步设计流程示意图
4.2 产品进入新市场的必备条件
不同国家和地区的EMC认证有：欧洲：CE, TUV, GS, VDE, NEMKO, SEMKO, DEMKO, FIMKO, GOST;美洲：UL, CSA, FCC(Verification, DoC 和Certification), ETL, FDA;亚洲：CCC, PSB, PSE, VCCI, BSMI, MIC;其它国家和地区：C-TICK, SAA, CB, SASO，NOM。从上面所给出的不同国家和地区的EMC认证的种类可以看出，认证是进入新市场的必备条件，必须充分了解其标准及需求，才有可能设计出符合新市场的产品。
4.3专业的高水平EMC工程师人才稀缺
产品的研发离不开人，优秀产品的研发离不开优秀的研发工程师。早期的产品研发中，针对各个研发环节，EMC仅仅是采取一些测试验证措施，没有将其纳入设计的流程中，因此，正正懂产品并有丰富EMC经验的工程师非常少。而作为人才培养基地的高校也仅仅局限在理论的讲解，缺少实践环节，毕业生进入企业后需要3-5年的时间去实践并积累经验。随着国内厂家海外市场开拓步伐的加快，专业的、有丰富经验的EMC工程师在市场上变得十分稀缺。
4.4 EMC实验室如何提高服务水平和利用率
EMC 测试设备与常规的测试设备相比有其专用性的一面，因此，价格比较昂贵。尤其是EMC测试中的暗室和电磁屏蔽室，投资成本非常高，对于中小型公司、产品线单一的公司自建这样的实验室十分困难。目前，从国内具备测试能力的EMC实验室看到，大多数是国有大中型科研院、所，由于有国家资金的投入，硬件平台非常的完善，但软的方面却略显不足，比如：熟悉不同行业产品标准的人才、民用产品测试的附属件、服务的意识。从而造成了拥有测试能力的一方设备闲置率高、利用率低下，而中小企业在产品EMC测试中找不到合适的实验室。综上论述，国内变频器产品在走向全球市场进程中，需要不断加强研发的自主知识产权，将EMC纳入同步设计流程，同时，培养及吸纳优秀的工程师，联合有经验的实验室方可取得事半功倍的效果。
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