逆变器电线测试方法

变频器逆变器损坏为什么会跳过流故障其检测电路的原理是怎样的

       1.1 主回路常见故障分析

       主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。其中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定，在回路设计时已经选定了电容器的型号，所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命，一般温度每上升10 ℃，寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度，另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因数的交流或直流电抗器可以减少脉动电流，从而延长电解电容器的寿命。

       在电容器维护时，通常以比较轻易测量的静电容量来判定电解电容器的劣化情况，当静电容量低于额定值的80%，绝缘阻抗在5 MΩ以下时，应考虑更换电解电容器。

       1.2 主回路典型故障分析

       故障现象：变频器在加速、减速或正常运行时出现过电流跳闸。

       首先应区分是由于负载原因，还是变频器的原因引起的。假如是变频器的故障，可通过历史记录查询在跳闸时的电流，超过了变频器的额定电流或电子热继电器的设定值，而三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否有过载或突变，如电机堵转等。在负载惯性较大时，可适当延长加速时间，此过程对变频器本身并无损坏。若跳闸时的电流，在变频器的额定电流或在电子热继电器的设定范围内，可判定是IPM模块或相关部分发生故障。首先可以通过测量变频器的主回路输出端子U、V、W， 分别与直流侧的P、N端子之间的正反向电阻，来判定IPM模块是否损坏。如模块未损坏，则是驱动电路出了故障。假如减速时IPM模块过流或变频器对地短路跳闸，一般是逆变器的上半桥的模块或其驱动电路故障;而加速时IPM模块过流，则是下半桥的模块或其驱动电路部分故障，发生这些故障的原因，多是由于外部灰尘进入变频器内部或环境潮湿引起。

       1.3 控制回路故障分析

       控制回路影响变频器寿命的是电源部分，是平滑电容器和IPM电路板中的缓冲电容器，其原理与前述相同，但这里的电容器中通过的脉动电流，是基本不受主回路负载影响的定值，故其寿命主要由温度和通电时间决定。由于电容器都焊接在电路板上，通过测量静电容量来判定劣化情况比较困难，一般根据电容器环境温度以及使用时间，来推算是否接近其使用寿命。

       电源电路板给控制回路、IPM驱动电路和表面操作显示板以及风扇等提供电源，这些电源一般都是从主电路输出的直流电压，通过开关电源再分别整流而得到的。因此，某一路电源短路，除了本路的整流电路受损外，还可能影响其他部分的电源，如由于误操作而使控制电源与公共接地短接，致使电源电路板上开关电源部分损坏，风扇电源的短路导致其他电源断电等。一般通过观察电源电路板就比较轻易发现。

       逻辑控制电路板是变频器的核心，它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大规模集成电路，具有很高的可靠性，本身出现故障的概率很小，但有时会因开机而使全部控制端子同时闭合，导致变频器出现EEPROM故障，这只要对EEPROM重新复位就可以了。

       IPM电路板包含驱动和缓冲电路，以及过电压、缺相等保护电路。从逻辑控制板来的PWM信号，通过光耦合将电压驱动信号输入IPM模块，因而在检测模快的同时，还应测量IPM模块上的光耦。

       1.4 冷却系统

       冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短，临近使用寿命时，风扇产生震动，噪声增大最后停转，变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受限于轴承，大约为10000～35000 h。当变频器连续运转时，需要2～3年更换一次风扇或轴承。为了延长风扇的寿命，一些产品的风扇只在变频器运转时而不是电源开启时运行。

       1.5 外部的电磁感应干扰

       假如变频器四周存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有：变频器四周所有继电器、接触器的控制线圈上，加装防止冲击电压的吸收装置，如RC浪涌吸收器，其接线不能超过20 cm;尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主回路分离;变频器控制回路配线绞合节距离应在15 mm以上，与主回路保持10 cm以上的间距;变频器距离电动机很远时(超过100 m)，这时一方面可加大导线截面面积，保证线路压降在2%以内，同时应加装变频器输出电抗器，用来补偿因长距离导线产生的分布电容的充电电流。变频器接地端子应按规定进行接地，必须在专用接地点可靠接地，不能同电焊、动力接地混用;变频器输入端安装无线电噪声滤波器，减少输入高次谐波，从而可降低从电源线到电子设备的噪声影响;同时在变频器的输出端也安装无线电噪声滤波器，以降低其输出端的线路噪声。

       1.6 安装环境

       变频器属于电子器件装置，对安装环境要求比较严格，在其说明书中有具体安装使用环境的要求。在非凡情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应抑制措施：振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施;潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件锈蚀、接触不良、绝缘降低而形成短路，作为防范措施，应对控制板进行防腐防尘处理，并采用封闭式结构;温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，非凡是半导体器件，应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。

       除上述几点外，定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇也是非常必要的。对于非凡的高寒场合，为防止微处理器因温度过低不能正常工作，应采取设置空气加热器等必要措施。

       1.7 电源异常

       电源异常大致分以下3种，即缺相、低电压、停电，有时也出现它们的混合形式。这些异常现象的主要原因，多半是输电线路因风、雪、雷击造成的，有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外，有些电网或自行发电的单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。

       假如四周有直接启动的电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，其电源应和变频器的电源分离，减小相互影响。

       对于要求瞬时停电后仍能继续运行的设备，除选择合适价格的变频器外，还应预先考虑电机负载的降速比例。当变频器和外部控制回路都采用瞬间停电补偿方式时，失压回复后，通过测速电机测速来防止在加速中的过电流。

       对于要求必须连续运行的设备，应对变频器加装自动切换的不停电电源装置。像带有二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态，但也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大，及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。

       1.8 雷击、感应雷电

       雷击或感应雷击形成的冲击电压，有时也会造成变频器的损坏。此外，当电源系统一次侧带有真空断路器时，短路开闭会产生较高的冲击电压。为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件。真空断路器应增加RC浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器，应在控制时序上，保证真空断路器动作前先将变频器断开。

       2 变频器本身的故障自诊断及预防功能

       老型号的晶体管变频器主要有以下缺点：轻易跳闸、不轻易再启动、过负载能力低。由于IGBT及CPU的迅速发展，变频器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。

       假如使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”，其中的“启动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化。

       此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后，仍能保持继续运行，例如：对自由停车过程中的电机进行再启动;对内部故障自动复位并保持连续运行;负载转矩过大时，能自动调整运行曲线，能够对机械系统的异常转矩进行检测。

110伏的两根直流电线怎么分出正负级？

       这种化学实验的方法不靠谱，怎么收集气体，怎么知道气多气少。就用一个发光二极管，串联一个50K左右的电阻，接到两条线上，就能找出正负极了。

       你的意思是把110V的直流电加到逆变器上，由逆变器转变成220V交流电吗，关键是逆变器的输入电压是110V的吗，如果超过了，会烧坏逆变器的。

新能源电驱系统标准解读与拓展：电磁兼容性(二)

       导语：在解读《电动汽车安全指南2019版》中，EMC安全已经被明确纳入其中，指南中5.5.3详细规定了电驱动EMC及防护措施；在《2020版新能源汽车国家强制标准即将发布》中，也提到唯一电驱动系统EMC安全标准：GB/T36282-2018《电动汽车用驱动电机系统电磁兼容性要求和试验方法》。在《电磁兼容性(一)》中，我们已经分析了电动车以及电驱动系统的电磁干扰来源，我们这次还是把电驱动作为干扰源，结合EMC安全相关标准，分析上次未研究完的问题。

       我们从以下几方面展开讨论：

       1.电驱动系统的电磁干扰路径

       2.电磁干扰频段测试

       3.抑制干扰的方式

       1.电驱动系统的电磁干扰耦合路径

       由于电驱动系统内辐射干扰主要是由于传导电磁干扰引起的，而且可以通过添加屏蔽等物理手段进行抑制，而传导干扰沿着导体进行传播，相比辐射干扰更难抑制。

       这里我们谨遵毛爷爷的指导，抓主要矛盾，只分析传导干扰。传导干扰是通过所在系统中各种导体传输线，以电流、电压形式进行耦合传播的干扰。

       在前面文章中已经提过电驱动中存在差模干扰和共模干扰（传送门：《新能源电驱系统标准解读与拓展：电磁兼容性(一)》），在分析干扰路径前，我们先要明白什么是差模干扰？什么是共模干扰？

       差模干扰（Differential-mode）：干扰电压存在于信号线及其回线（一般称为信号地线）之间，干扰电流回路则是在导线与参考物体构成的回路中流动。

       共模干扰（Common-mode）：干扰电压在信号线及其回线（一般称为信号地线）上的幅度相同，这里的电压以附近任何一个物体（大地、金属机箱、参考地线板等）为参考电位，干扰电流回路则是在导线与参考物体构成的回路中流动。

       关于DM和CM，下图表示的很清楚了，供参考：

       简单来说，差模干扰时信号线到信号线的回路干扰，共模干扰是信号线到地的回路干扰。

       01电驱动系统的差模干扰路径

       IGBT开通关断期间感应出瞬态脉冲电压，在相线与电源线组成回路中产生电流，形成差模干扰回路。差模传导电磁干扰耦合路径示意图如下所示：

       传播路径1，通过耦合到母线最终流回到电池；传播路径2，是产生的较高频的电流通过电机内部产生尖峰电压。电流1、电流2的和，就是逆变器产生的总体差模干扰电流。

       02电驱动系统的共模干扰路径

       共模传导电磁干扰耦合路径示意图如下所示：

       路径1，为开关器件IGBT处形成的干扰，在三相逆变桥臂上中性点的电位是规律性阶跃变化的，IGBT与散热器之间存在杂散电容，在IGBT开通关断的瞬间，产生的高频du/dt会通过其上寄生电容充放电，进而产生共模电流，最终通过输入电缆线回到逆变器形成共模干扰回路。

       同时，研究指出，电机的定子绕组和电机机壳之间，也存在着较大的寄生电容，存在于电池、电机中性点上的共模电压也会通过上述寄生电容形成共模EMI电流，并通过高压线缆最终回到逆变器形成路径2。

       电流1、电流2的和，就是逆变器产生的总体共模干扰电流。

       以上，我们完成了电驱动电磁干扰源和干扰路径的分析，那么下一步看看敏感器件有哪些。我们只有知道了干扰频段的大小是多少，才能指导干扰到哪些器件，接下来我们看看如何测试干扰频段。

       2.电磁干扰频段的测试

       传导干扰和辐射干扰如何进行测试？不同频段的振幅是多少？会不会影响到敏感期间呢？

《GB/T36282》

       带着这些问题，我们看一下专门针对电驱动EMC的GB标准——《GB∕T36282-2018电动汽车用驱动电机系统电磁兼容性要求和试验方法》，带着满怀激动的心情点开了标准页面，BUT，GB/T36282-2018标准目录是这个样子，说好的传导发射呢。。。。。。。

《电动汽车安全指南》与《GB/T18655》

       不怕，我们再看《电动汽车安全指南2019版》涉及的电驱动EMC安全标准，在5.5.3.1中规定：

       这下就没问题了，《GB/T36282-2018》要与标准《GB/T18655-2018车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法》相结合去看，而且，《GB/T18655-2018》的标题提到了敏感器件：车载接收机。车载接收机多种多样，工作的频段范围非常广，标准中是怎么规定限值的呢？

传导电磁干扰测试

       《GB/T18655-2018》涉及零部件传导发射测试的章节如下图，共有两种测试方法：电压法与电流探头法。

       测试方法以及限值在标准中写得很详细，喜欢童鞋可详细研读一下，这里不再过多介绍，我们直接上张测试照片：

       传导电磁干扰测试平台，主要由电源、人工电源网络、接收器、电源钳、直流高压线缆、电驱动（或电机+逆变器+交流线缆）、测功机等部分组成。接收器可以通过LISN测得系统产生的传导电压，也可结合电流测得直流动力线缆单根电流和共模电流。

       电机空载和带载分别测试正极电压传导，借用一下某大神的结果（来源于网络，若有侵权，请联系作者）：

       其中规定限值的参考标准为CISPR25，这是上述标准《GB/T18655》英文版本，可以看出，很多频段都严重超标，需要找到响应的措施，抑制干扰。

       （关于电磁干扰相关标准，后续会专题统一总结，敬请期待）

辐射电磁干扰测试

       辐射干扰途径因可以通过添加屏蔽等物理手段进行抑制，所以不做重点讲解，但是测试的环节不能少，电驱动系统辐射干扰如何测量呢？

       这次先看《GB/T18655-2018》的目录，标准中介绍了三种方法：ALSE（装有吸波材料的屏蔽室）法、TEM小室法、带状线法。ALSE法介绍非常详细，并对不同频率推荐使用了不同天线：

       再看下《GB/T36282-2018》辐射干扰测：

       测试方法出自《GB/T18655-2010》，而且在30MHz~1000MHz只说明了用双锥天线测试（#我要你有何用。。。#）测试步骤不再详述，试验台与传导发射试验类似，多增加了接收天线，这里只针对30MHz-200MHz的测试，上图一张：

       同样，测试完成的频谱图与标准中的限值相比较，找到不达标的频谱段，采取措施进行抑制。

       3.抑制干扰的方式

       抑制电磁干扰是相对专业的问题，也由于篇幅的原因，这里简单说一下：

       通过第1节的电磁干扰分析，可以看出，差模干扰电压是影响系统性能的最主要原因，因为差模干扰回路都是在驱动系统内形成的。通过调制开关通断时占空比的大小等方法可以对差模干扰路径1进行抑制。通过添加滤波器、添加屏蔽层等方法可以对流经电机内部的耦合差模干扰路径2进行抑制。

       4.展望

       本篇主要分析了电驱动的电磁传导干扰的耦合路径和，依据GB/T18655-2018介绍了传导发射和辐射发射的试验方法（GB/T36282-2018貌似不怎么靠谱），最后简单说了一下的电磁干扰的抑制措施。后续会对电驱动的抗干扰能力进行分析与相关测试标准的解读。

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

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