摘要：伴随着越来越多的空调器走人寻常家庭，空调的电磁兼容研究可以提高家用空调的使用可靠性。
关键词：变频空调；EMC；问题；
随着家用电器的普及和使用，电磁辐射干扰对空调器系统的稳定性、可靠性和安全性都有着非常大的影响。可以说，电磁辐射干扰对空调器的严重破坏影响，必将成为严重的社会化问题。与此同时，变频空调器本身又不可避免的向外界辐射电磁信号、向电源网络传导干扰信号。这些都将对其他的电子设备造成不同程度的破坏。
1空调器产生电盛级扰的原因
空调中带有换向器的电动机在运转过程中，电刷与换向器接触形成火花而产生电磁骚扰，其形成主要由于电刷在换向器上滑动而产生火花和电弧，使电网产生连续的脉冲震荡，并在空间以电磁波方式传播，对无线电通信产生干扰。同时，因电刷换向产生高频电压，通过电动机窜出电源线，造成电源污染使电视产生雪花，图像不稳，电脑显示器上显示故障。压缩机频繁的开关动作而产生“喀哒声”骚扰，其形成是由于在开关动作时将在触点间产生放电火花，是一种在时域上有明确定义的电磁噪声。开机启动时可能引起低压配电网各项质量指标下降，主要由于空调属于感性负载器具。MCU的抗干扰度弱，容易受到脉冲骚扰，对静电放电、快速脉冲群、浪涌、电压跌落和辐射等方面的干扰的抵抗能力较为薄弱，随着时钟频率的不断提高，其电磁骚扰的频谱可达数百兆赫兹。
2变频空调的电徽兼容EMC共性分析
家用产品中。以空调的电磁兼容问题最为显著，现在越来越普及的变频空调更是电磁兼容问题研究的重要部分。变频空调的的电机及其变频调速装置会引起严重的电磁干扰。目前变频空调的核心模块一般采用IPM(Intelligent Power Module，智能功率晶体管模块)，由整流滤波和开关电路组成。一个IPM和电机以及连结电路组成的调速系统如图1所示，有整流桥、IPM、连接电缆和电机组成。单相交流电压经过整流电桥变成直流电压，滤波后输入到IPM中，逻辑电路或微处理器按照时序给IPM分配IGBT(Insulator-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)导通信号，模块按照PWM(Pulse Width Modulate，脉冲宽度调制)方式输出三相电压，从而实现对三相电机进行调速的目的。
图1IPM组成的调速系统
所以IPM的基本工作原理就是六个开关管的交替开端，这样必然导致电磁兼容性的恶化。PWM波形实际上是梯形波输出，理论上由Fourier分析梯形波n次谐波的系数为：
其中t，t0，tr分别是梯形波周期，占空比宽度和上升时间。家用变频空调其中典型的IGBT的上升时间和下降时间一般均小于200ns.上升时间一般为50ns到200ns，噪声频率一般在1.6MHz到6.4MHz，此时的dv／dt幅度可达到15000V/µs，这种变化率很高的电压必将产生EMI干扰。在这样的高频下，电缆和电机的分布参数如电机定子线圈与其外壳之间的电容，电缆之间的分布电容及电缆之间的互感就不能忽略。图2是电缆的分布参数模型，通常用单位电缆长度的电阻、电感和电容表示;
圈2电线的今傲模型
并将电缆作为传输线来考虑。两条电缆间的电容为:
其中h:为电缆离地面高度;
d:为电缆直径。
显然电缆的阻抗为电缆长度的函数，因此系统的阻抗也与电缆的
长度有关。而且当两条电缆相互靠近时，任何电缆中的高频电流将通过分布电容和互感传导到另一根电缆中，形成窜扰(Cros，一talk)。电机定子线圈中高频成分也会通过电机与地面之间电容泄漏，从而使该电位发生变化，形成地电位差，对交流输人或其它逻辑控制电路，传感器电路形成所谓共模电压。研究共模干扰比较好的方法是研究电机的虚地对地的电压，共模噪声通过两个渠道对其他系统产生干扰:通过导线的传导和通过天线的辐射方式。一般认为，30MH:以下的噪声以传导为主，3OMH:以上的以辐射为主。频率超过30MH:的射频干扰是通过所谓天线模型进行藕合的，当电缆或导线的长度恰好是某个干扰频率波长的1/2或1/4时，电缆或导线就成为效率很高的天线，当使用屏蔽电缆时，辐射干扰可以减少许多。变频装置工作时，其负载一般是非线性的，对正弦电压将产生电流畸变，电流中除包含基波外，还包含若干次谐波成分。
3需要关注变频空调的EMC问题
谐波解决方法比较单一，并且有规律可循，其在使用中一致性很好，即只要解决了技术问题，把有源功率因数校正电路做成模块电路，装到每台机器上。经测试每台机器均可以通过谐波。干扰功率、干扰电压的解决思路较多。干扰源一般在变频器、调速风机、晶体振荡器、开关电源等地方产生，所以解决问题时首先要分析问题出在哪个干扰源，其次考虑是否有藕合因素等。另外干扰电压考虑的频率是从150kHz到30MHz，其主要是传导干扰;干扰功率考虑的频率是从30MHz到30MHz，其主要是辐射干扰。对于干扰电压来说，其频率较低，以传导为主，并且主要是差模信号在起作用，所以在变频器的输入口、开关电源的输入口，要适当设计一个差模滤波电路，所选用的差模滤波电容器容量一般较大。滤波器不仅仅对EMS有效，其对EMI的作用也十分显著，但是使用滤波器要得当。首先要选用适当的参数，这可以使干扰电压降低很多•其次由于分布电容、分布电感的存在，差模信号往往会转化为共模信号传输，所以适当调整共模滤波电容也可以大幅度降低干扰电压的分贝数，另外滤波器要可靠接地，这一点十分重要。相同的滤波器可靠接地的干扰电压准峰值有时要比不可靠接地的干扰电压准峰值小约5dbµv，足见可B靠接地对于降低干扰十分有效。干扰功率主要集中在高频辐射，并且多为共模信号。目前单片机需要的晶体振荡器振荡频率越来越高，虽然其信号很小，但是由于其频率高，其对于干扰功率的影响却十分严重。晶体振荡器一般要尽可能接近CPU，连线尽可能短，形成的环路面积尽可能小，另外地线越短越好，最好单独接地。磁环对于解决干扰功率也十分有益，磁环使用方便，可以绕成共模形式，也可以绕成差模形式。选用不同导磁率的磁性材料可以针对不同频带的信号进行抑制，导磁率高的磁环可以有效抑制低频信号，导磁率低的磁环可以有效抑制高频信号。一般情况下，柱状磁环的磁路较长，截面积相对较大，是解决EMI问题的首选，选择合适，可以使干扰功率降低接近10分贝，并对解决干扰电压也十分有效。需要注意的是干扰电压、干扰功率虽然属于不同的频率范围，但是其经常互相祸合，解决了干扰电压，再次测试干扰功率可能不合格，反之亦然。这就要求选用器件的参数要十分讲究，并且要均衡考虑。交流电源输入滤波器、整流与滤波电路间加电抗器或APFC电路、对功率模块IPM电路进行适当的干扰处理，同时采用屏蔽电机电缆及正确接地等一系列措施，交流变频空调器的电磁干扰现象会得到有效的抑制，既 减少了空调系统对电网的污染，又满足了国家节能减排的要求。
参考文献
[1]张继红.浅谈变频空调的EMC问题值得关注.2017.
[2]汪新华.刘美英，变频空调器原理与维修.2016.
[3]梁玉华.电磁兼容原理、技术及应用.2016.
论文作者:何有新
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2019/1/2
标签：干扰论文; 电缆论文; 电压论文; 空调器论文; 功率论文; 信号论文; 电路论文; 《电力设备》2018年第23期论文;