高压变频器控制器的电磁兼容设计

    近年来，电磁干扰问题越来越成为电子设备或系统中的一个严重问题，电磁兼容技术已成为许多技术人员和管理人员十分重视的内容。其主要原因是：电子设备的密集度已成为衡量现代化程度的一个重要指标，大量的电子设备在同一电磁环境中工作，电磁干扰的问题呈现出前所未有的严重性；现代电子产品的一个主要特征是数字化，微处理器的应用十分普遍，而这些数字电路在工作时，会产生很强的电磁干扰发射。不仅使产品不能通过有关的电磁兼容性标准测试，甚至连自身的稳定工作都不能保证；电磁兼容标准的强制执行使电子产品必须满足电磁兼容标准的要求；电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进口产品的一道坚固的技术壁垒。入世后，这种技术壁垒对我们的障碍更大。

    为了使产品能达到电磁兼容的一个标准，需进行电磁兼容试验，试验中我们常遇到以下几个词汇：

    电磁兼容性：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

    电快速瞬变脉冲群：它是由电感性负载（如继电器、接触器等）在断开时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处产生的暂态骚扰。当电感性负载多次重复开关，则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种暂态骚扰能量较小，一般不会引起设备的损坏，但由于其频谱分布较宽，所以会对电子、电气设备的可靠工作产生影响。

    电快速瞬变脉冲群抗扰度试验：试验波形电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，目的是验证由闪电、接地故障或切换电感性负载而引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。此波形不是感性负载断开的实际波形（感性负载断开时产生的干扰幅度是递增的），而实验所采用的波形使实验等级更为严酷。电快速脉冲群是由间隔为300ms的连续脉冲串构成，每一个脉冲串持续15ms，由数个无极性的单个脉冲波形组成，单个脉冲的上升沿为5ns，持续时间为50ns，重复频率为5khz。根据傅立叶变换，它的频谱是从5khz-100mhz的离散谱线，每根谱线的距离是脉冲的重复频率。

    该项目测试适用于那些交流市网供电的电子电气产品。pcb抄板对那些由公共的长直流电源线供电的电子电气产品和那些有电信端口和长距离的控制、信号端口的电子电气产品的相应端口也应进行该项目测试，因为这些长的交/直流电源线和信号控制线在工作时可能会感应到周围的设备产生的电快速瞬变脉冲干扰；同时，与公共的交/直流供电网络共用电源的其他设备可能会产生电快速瞬变脉冲干扰传输到公共供电网络，干扰同一供电网络的其他设备。

    附表中列出了对设备的供电电源，保护接地，信号的控制端口进行电快速瞬变试验时应优先采用的试验等级的范围。（本文当中试验最终通过4级）

    2 控制器基本工作原理

    本公司高压变频器控制器的功能方框图如图1所示，主控制器的结构为单元组合式，其核心为双dsp的cpu单元，通过总线底板与信号采集板和相控a、b、c板互通信息。从接口子模块di、ai可接受操作命令、给定信号、电机电流与电压等。cpu板根据操作命令、给定信号及其它输入信号，计算出控制信息及状态信息。相控a、b、c板接受来自cpu板的控制信息，产生pwm控制信号，经电/光转换器，向功率单元发送控制光信号。来自功率单元的应答信号在相控a、b、c板中转换成电信号，预处理后送cpu板处理。状态信息可通过信号采集板和接口子模板送出。主控制器根据控制命令、给定信号及运行信息、应答信息进行运行控制、状态分析、故障诊断等运算，检测出故障后按故障性质进行故障处理，如封锁系统、高压跳闸等，并给出相应故障信号，还提供故障音响信号。从i/o接口可输出运行状态（开关量）及运行参数（模拟量），用户可根据需要选择输出量。cpu单元上备有调试用pc机接口，通过在pc机运行调试程序，可以以画面形式进行调试和诊断，并可同时显示系统中五个变量的时间波形和数字量，是系统调试和诊断的良好工具。cpu单元上还备有通信接口（rs-232），可以以通信方式从上位机取得控制命令和给定信号，控制变频器的运行，并返回运行状态和运行参数的有关信息，以供集中监控。

    控制器如图1所示：它是由控制板（cpu板），相控a、b、c板（统称pwm板），信号采集板（it板），电源板，总线底板（图3）和壳体组成，cpu板、pwm板、it板、电源板是按照一定顺序插在总线底板上的。