高壓變頻器“硬漢”試煉 ——電磁兼容（EMC）測試

　　1 電磁兼容(EMC)測試

　　電磁兼容(EMC)測試是確保變頻器可靠性的重要手 段，通過該項測試評估其電磁干擾(EMI)能力和電磁抗擾 (EMS)能力，為高壓變頻器工作于復(fù)雜環(huán)境保駕護(hù)航。

在實際應(yīng)用中，高壓變頻器主要關(guān)注EMS測試，該測試 主要包括浪涌測試(Surge)、電快速瞬變脈沖群(EFT)、 靜電放電(ESD)、射頻電磁場輻射抗擾度(RS)、射頻電 磁場傳導(dǎo)抗擾度(CS)以及工頻磁場抗擾度(PMS)。

　　本文將為大家解讀EMS測試中的三大“試煉”：浪涌 測試(Surge)、電快速瞬變脈沖群(EFT)、靜電放電 (ESD)，以及射頻電磁場輻射抗擾度(RS)、射頻電磁場 傳導(dǎo)抗擾度(CS)以及工頻磁場抗擾度(PMS)，且看利德 華福高壓變頻器如何經(jīng)受住這些“試煉”的考驗。

　　2 乘風(fēng)破”浪“——浪涌試煉

　　浪涌測試的核心在于精準(zhǔn)模擬電力供應(yīng)系統(tǒng)中可能驟然

圖 1 浪涌測試開路電壓和短路電流波形

　　出現(xiàn)的過電壓及過電流等突發(fā)狀況。測試過程中，通常會采 用專用的設(shè)備，將浪涌信號精確地耦合至諸如主控、PLC 以 及功率單元等關(guān)鍵部件的電源端口與信號端口之上，進(jìn)而對 變頻器在遭受浪涌(沖擊)這一特定情境下的實際性能展開 科學(xué)、客觀且精準(zhǔn)的評價。

　　如圖1所示，常見浪涌測試波形包括1.2/50us開路電壓 (圖a)和8/20us短路電流(圖b)。1.2/50us開路電壓波 形表示浪涌電壓在1.2ms內(nèi)達(dá)到峰值，然后在50us內(nèi)衰減至 零;8/20us短路電流波形表示浪涌電流在8us內(nèi)達(dá)到峰值， 隨后在20us內(nèi)衰減至零。浪涌測試電壓最高等級通常為2kV (線-線)或4kV(線-地)。

　　3 超”群“耐受——電快速瞬變脈沖群挑戰(zhàn)

　　電快速瞬變脈沖群測試旨在模擬變頻器切斷感性負(fù)載 或開關(guān)電器觸點動作瞬態(tài)過程產(chǎn)生的電磁干擾。通過將脈沖 群信號耦合到主控、PLC及功率單元等部件的電源和信號端 口，該測試可以評估變頻器受到此類干擾時的耐受水平。

　　電快速瞬變脈沖群是指數(shù)量有限且清晰可辨的脈沖序列 或持續(xù)時間有限的振蕩，脈沖序列及脈沖群波形如圖2所示。

　　該項測試的電壓峰值對于電源端口和接地端口最大值 通常設(shè)置為4kV，而信號端口和控制端口則為2kV。脈沖群 測試的重復(fù)頻率通常為5kHz，但100kHz更貼近實際干擾情 況。因此，測試頻率通?？紤]5kHz和100kHz兩個點。

圖 2 電快速瞬變脈沖及脈沖群波形

　　4 有”的“放矢——靜電放電考驗

　　靜電放電測試旨在模擬變頻器受到操作者及其接觸的臨 近物體產(chǎn)生的靜電放電影響。通過對整機(jī)外殼、柜門按鈕、 HMI等部件或部件的端口采取接觸放電或空氣放電測試，可以 有效評估變頻器的靜電耐受水平，并根據(jù)實驗結(jié)果改進(jìn)設(shè)計。

　　空氣放電測試的電壓最高等級通常為15kV，而接觸放電 則通常設(shè)置為8kV，且不同電壓等級條件下接觸放電電流波 形存在差異，4kV理想的接觸放電電流波形如圖3所示。

　　5 如釋重”輻“——射頻電磁場輻射抗擾度挑戰(zhàn)

　　射頻電磁場輻射抗擾度測試(RS)的核心在于精準(zhǔn)模擬 高壓變頻器運行過程中可能頻繁遭遇如無線電話、手持對講 機(jī)和大功率發(fā)射機(jī)等無線電發(fā)射裝置產(chǎn)生的電磁輻射以及雜 散輻射的狀況，尤其是遇到80MHz以上電磁場輻射干擾的情 況。測試過程中，通常會使用特定的測試設(shè)備和儀器，通過 觀察被測設(shè)備的反饋，評估變頻器諸如主控、PLC和功率單 元等關(guān)鍵部件在面對此類電磁干擾時的性能和穩(wěn)定性。

　　如圖4所示，在射頻電磁場輻射抗擾度測試?yán)?，為了?擬實際干擾中最具挑戰(zhàn)性的情況，通常會對原始射頻信號進(jìn) 行80%幅度的1kHz正弦波射頻信號調(diào)制，并將其施加到受試 設(shè)備上。這種方式不但切實模擬了實際應(yīng)用中可能遭遇的極 端情形，并且能夠確保測試結(jié)果具備代表性。在該測試中， 電磁輻射環(huán)境(場強(qiáng))由高到低通常依次設(shè)置為10V/m、 3V/m和1V/m三個等級。

　　6 恰”導(dǎo)“好處——射頻電磁場傳導(dǎo)抗擾度挑戰(zhàn)

射頻電磁場傳導(dǎo)抗擾度測試(CS)旨在模擬通過線纜耦

圖 3 靜電接觸放電電流波形

圖 4 射頻電磁場輻射抗擾度測試信號波形

　　合到變頻器的150kHz～80MHz這一頻段內(nèi)的電磁場干擾情 況。通過將射頻電磁場耦合到電源線、通信線和接口線，模 擬變頻器在射頻電磁場傳導(dǎo)干擾環(huán)境下的工作情況，進(jìn)而對 其性能表現(xiàn)進(jìn)行全面評估。

　　該測試和射頻電磁場輻射抗擾度測試類似，都需要對原 始射頻信號采用1kHz的正弦波進(jìn)行調(diào)制，通過模擬實際干擾 情形來達(dá)到設(shè)備抗擾度測試目的。而這兩種測試主要的區(qū)別 則在于以下兩個方面。

　　(1)射頻場的頻率不同

　　(2)射頻場和受試設(shè)備間的耦合方式不同

　　輻射抗擾度測試是將受試設(shè)備直接放置在輻射場中;傳 導(dǎo)抗擾度測試則是將干擾信號耦合到受試設(shè)備的線纜上。

　　7 捷報”頻“傳——工頻磁場抗擾度挑戰(zhàn)

　　工頻磁場抗擾度測試(PMS)旨在模擬變頻器線纜里因工頻電流(50Hz/60Hz)所形成的磁場干擾，以及其他裝置 所產(chǎn)生的磁場干擾情形。其中，涵蓋了導(dǎo)體在正常運行電流 作用下產(chǎn)生的幅值相對較小的穩(wěn)定持續(xù)磁場和因故障電流引 發(fā)的幅值較大的短時磁場。精準(zhǔn)模擬這兩種典型磁場環(huán)境， 并對諸如主控、PLC和HMI等低壓部件進(jìn)行針對性測試，從 而達(dá)到全方位評估設(shè)備的抗擾能力和實際性能的目的，為產(chǎn) 品設(shè)計優(yōu)化提供方向和量化指標(biāo)。

　　如圖5所示，在該項測試中，采用施加工頻信號至線圈 的方式，并且用此線圈環(huán)繞受試設(shè)備。通過調(diào)整電流大小來 實現(xiàn)對工頻磁場強(qiáng)度的精準(zhǔn)把控，以此精確模擬在實際應(yīng)用 場景里受試設(shè)備可能遭遇的工頻磁場干擾狀況。工頻磁場抗 擾度測試時穩(wěn)定持續(xù)磁場強(qiáng)度最高通常設(shè)備為100A/m，短 時磁場為1000A/m。

　　8 持久堅毅——利德華福“絕代雙驕“

　　利德華福為滿足各企業(yè)“提高工作效率、減少維護(hù)成 本、擴(kuò)大適用范圍”等多樣化需求，始終堅持生產(chǎn)可靠穩(wěn)定 的高壓變頻器。這一點在HARSVERT第七代空冷高壓變頻器 和HAR9000系列大功率水冷高壓變頻器得到了充分展現(xiàn)!這 兩款變頻器均從電磁兼容(EMC)相關(guān)的一系列測試評估中 脫穎而出，是當(dāng)之無愧的利德華?！敖^代雙驕”。

　　(1)HARSVERT第七代高壓變頻器(圖6)

　　作為一款“用得好、用得住、用得久”的優(yōu)質(zhì)高壓變頻 器產(chǎn)品，利德華福HARSVERT第七代空冷高壓變頻器對器件 進(jìn)行了升級。其使用了更高功率密度、更集成封裝的IGBT及 薄膜電容，電容耐壓等級達(dá)1200V，優(yōu)化電路設(shè)計，提高了 器件的可靠性。HARSVERT第七代高壓變頻器將“數(shù)字化技 能”融入到產(chǎn)品之中， 由此實現(xiàn)了諸多卓越特性：實時提效 更新、提供 7×24 小時不間斷在線服務(wù)、構(gòu)建端到端的網(wǎng)絡(luò) 安全保障體系讓設(shè)備實時運行狀態(tài)清晰可見、盡在掌握。

　　其采用的模塊化設(shè)計搭配豐富的系統(tǒng)功能，可以滿足各 種復(fù)雜現(xiàn)場的工藝要求，能廣泛適配不同行業(yè)的應(yīng)用場景。

　　(2)HAR9000系列大功率水冷高壓變頻器(圖7)

　　作為一款專為高價值、超大功率關(guān)鍵負(fù)載應(yīng)用而設(shè)計 的高可靠、耐久型高壓變頻器，利德華福HAR9000系列在 電磁兼容(EMC)測試中的表現(xiàn)十分亮眼。除了電磁兼容 (EMC)測試外，其歷經(jīng)百余項專業(yè)測試驗證，具備面向更 多高價值、高端、超大容量、超長耐久應(yīng)用場景的能力。

圖 5 工頻磁場抗擾度測試示意圖

圖 6 HARSVERT 第七代高壓變頻器

　　圖 7 HAR9000 系列大功率水冷高壓變頻器

　　其采用不同于以往空冷產(chǎn)品的技術(shù)路線、關(guān)鍵元器件及 結(jié)構(gòu)設(shè)計，擁有高安全可靠的穩(wěn)定性、超長使用壽命，以及 較低的故障維護(hù)成本，是利德華福面向煤化工、油氣化工、 新能源、天然氣等行業(yè)領(lǐng)域關(guān)鍵裝備配套的超大功率高壓 變頻調(diào)速解決方案。采用納米銀燒結(jié)技術(shù)的芯片擁有更強(qiáng)的 功率循環(huán)能力，器件可通過業(yè)內(nèi)嚴(yán)苛的測試條件(Tvjmax/ min=150℃/50℃,100K結(jié)溫波動，50,000次循環(huán))，可滿 足現(xiàn)場服務(wù)壽命長達(dá)30年以上的苛刻要求。

　　懷揣著“專注、專業(yè)、專心、專屬”的初心，利德華福 高壓變頻器始終堅持“品質(zhì)有保證，服務(wù)伴終生”的品牌推 廣主題。在未來，利德華福仍將嚴(yán)格執(zhí)行全面的電磁兼容 (EMC)測試，確保產(chǎn)品能在復(fù)雜電磁環(huán)境中長期穩(wěn)定運 行，為企業(yè)高效前行保駕護(hù)航。