時間:2008-03-13 11:10:00來源:lihan
圖1 功率單元原型結構圖[/align]
4 對功率單元原型進行電磁兼容性能測試,并分析電磁性能弱的要點
4.1 對功率單元原型進行電磁兼容測試
(1)測試前的預定方案
對多電平單元串聯電壓源型變頻器的功率單元原型進行電磁兼容性能分析的前提,是對其進行嚴密的電磁兼容測試。在哈爾濱工業大學電磁兼容試驗室內對功率單元原型采取多等級,多時間,多校驗的方式進行測試,其最高測試標準預定為嚴酷的工業環境的等級標準。
(2)經測試后,其測試完成后數據匯總如表1所示。
表1 測試完成后數據匯總

圖2 功率單元原型內的長電纜[/align]
(2)對功率單元原型電磁兼容改進的方向
在不改變主功率元件的相對位置的基礎上,對功率單元原型的殼體形式、輸出/輸入端子、主控板的固定位置進行改變,從而對長電纜的縮短和重新布局。
5.5 變頻器功率單元結構改造的可行性方向
(1)根據功率單元原型結構分析能夠實現的大致改造方向
功率單元原電源布線方式均為從功率單元前部入線,經過長電纜到功率單元后部的整流橋與變壓器,在走線過程中,沒有與其它電氣元件聯接。可以將長電纜從功率單元內拉出,表明其中間未和任何元件連接。主電纜長度達1000mm,變壓器電纜達700mm。如此之長的長纜存在即是由于輸入整流放在了功率單元的后部,而輸入線是從前部進入。
將功率單元的整流橋從后部的位置調整到前側,則能將輸入的電纜長度縮短2/3左右。將輸入變壓器從后側移至前側,則能將變壓器到主控板電源的電纜也同樣可以縮短2/3左右。
(2)按照改造方向對功率單元結構改造具體實現方法的分析
此功率單元原型的殼體即是外殼,同時也是內部元件的支撐框架,如圖2所示,其由三部分組成,即左側板,右側板,主殼體。在具體的結構安裝中,功率器件固定于散熱器上,電容器件及其予充電器件固定于右側板上,主控板固定于左側板上,輸入/輸出端子固定于主殼體的前側。
利用主殼體上只有輸入/輸出端子,且都為電纜連接的有利條件,若將功率單元的主殼體進行前后鏡像翻轉,則能達到將整流橋和變壓器從后側移到前側的目標,同時不會改變元件內部相對位置,改造后的內部硬連接銅帶也可以繼續使用。
6 制定變頻器功率單元電磁兼容性能改進的結構更改初步方案
6.1 功率單元結構更改方法
(1)功率單元安裝擺放位置的變化
將功率單元主殼體進行前后鏡像,將功率單元的安裝位置進行前后鏡像,這時就將功率單元的輸入整流橋和控制變壓器從后側改到了前側。
(2)功率單元主殼體的更改
在功率單元主殼體進行鏡像后,相應的水平輸出/輸入端子不用更改,便是主控板輸出口的位置發生的變化,在相應的位置對功率單元進行重新加工主控板的輸出接口。
(3)功率單元主控板安裝結構的更改
重新按照改后的功率單元殼體上的輸出窗口位置安排主控板的空間位置。主控板繼續固定由左側板上時,由于空間位置的變化,使得在打開功率單元時,主控板的元件將會隱藏,將對廠內測試和調節產生極大的不便。
針對以上要求,在功率單元內的相應位置作一個支架結構,將主控板安裝于支架上,使主控板的元件安裝面處于外側,方便廠內測試與檢查。
6.2 確定功率單元原型對電磁兼容性能進行結構改造的操作原則
(1)元器件使用原則
采用原有的電氣元件,保持內部硬連接結構不變,利用改變軟連接結構與殼體結構完成對電纜長度進行縮短的目標。
(2)結構件使用原則
殼體結構制作盡量用原用結構更改,能夠用原有的結構更改的,盡量用原有結構進行更改,不進行重新制作,從而加快研發的進程與速度。
(3)電纜布線原則
在進行電纜制作時,嚴格按照電磁兼容的技術要求,進行電纜布線,其使用的線型,布線走向均要求簡潔,不能過于繁復,并按照成品的型式進行多層布線。
(4)功率單元的固定原則
在進行電磁兼容改進行結構更改制作完成后,能夠實現原功率單元的全部功能,且其輸出輸入端子空間位置不能改變,可以直接裝入原柜體,所有柜體內的結構與布線均不用更改,和功率單元原型的安裝型式完全兼容。
(5)研發進程中的工藝要求原則
研發制作中,在保證以上要求的前提下,對于不影響電氣性能和測試參數的外觀類工藝可適量放松,以加快研發的速度,在完成全部電氣性能的研發后,再進行細致的外觀結構處理。
6.3 功率單元內不改動的結構件的確定
(1)功率單元的散熱器上的安裝元件
在散熱器上的所用元件安裝結構保持原有形式,不進行任何的改動。
(2)電容陣列的安裝結構
電容陣列的安裝隨著功率單元的鏡像,由右側板改為左側板進行安裝,其與散熱器上所有的功率器件的安裝相對位置不變。
(3)內部銅排的安裝結構
在結構更改中,保證主回路的各器件相對位置不變,即可以保證內部銅排都不用進行更改,直接采用原來的銅排結構。
6.4 需進行加工和制作的結構件
(1)功率單元的主殼體
在主殼體的右側加工出新的主控板輸出窗口,并在主殼體的前后部份加工出主控板支架的安裝孔。
(2)功率單元的主控板支架
根據主控板的安裝位置,加工出用于主控板安裝的支架,其固定于主殼體的相應安裝孔上,同時支架也作為內部電纜分層走線的橋架。
(3)功率單元的主控板屏蔽板
根據主控板的安裝位置,其屏蔽板的安裝位置由主控板的前側移到后側,直接安裝于主控板的支架上,保證在結構完成的主控板屏蔽結構保持原有形式。
7 變頻器的功率單元電磁兼容性能提升的結構更改的具體實施步驟
7.1 安裝位置不需改動的部分
(1)散熱器上的元件安裝不進行改動,保持原有結構,如圖3所示。
[align=center]
圖3 散熱器安裝結構[/align]
(2)電容陣列、均壓板,變壓器安裝結構都不改變,直接根據預定方案將原右側直接轉化為左側板使用,在這種方法保證了內部銅排連接結構無需更改,并能將內部的主功率回路的全部功率器件安裝完成,只余下外殼,輸入/輸出引線,主控板等在預定方案中應進行更改的部份未安裝,此時的結構如圖4所示。
[align=center]
圖4 不需進行改變的全部結構[/align]
7.2 功率單元主殼體結構的更改
(1)將功率單元原型主殼體在進行前后鏡像更改時,由于其原型的功率單元安裝的鉚螺母的位置是按縱軸線進行布置的,故在主殼體的位置進行前后調轉后,其可以接安裝于左側板上,對主體進行加工出一個主控板輸出窗口和支架安裝孔即可,在安裝完后的主殼體如圖5所示。
[align=center][b]
圖5 加工完成后的主殼體[/b][/align]
在主殼體組裝完后的圖6中,可以看到按照預定方案,在主殼體進行前后互換后,并將功率單元的散熱器同時進行前后互換,其輸入整流橋、控制變壓器已經從原來功率單元的后部移到了功率單元的前部,其走線電纜的長度需求將會大比例減少。
[align=center]
圖6 主殼體組裝完畢圖[/align]
7.3 變頻器功率單元內的主控板支架制作
(1)主控板支架材料選擇
根據主控板在功率單元內的相對空間布放位置,支架應在電容陣列的正極面與主控板的空間預定位置之間。在庫存料中,有著標準的環氧樹脂澆鑄玻璃布層的絕緣棒,直接采用其制作支架,由于其本體絕緣的性質,在制作中具有非常大的電氣間隙和絕緣距離的余度,同時其加工簡單容易。
(2)主控板支架的加工
首先將30mm粗的環氧澆注玻璃布層絕緣棒截成合適長二根,在兩端進行鉆孔,攻內螺紋,用于在主殼體前后安裝孔之上通過螺栓進行固定。在縱向鉆出等距的標孔,用于其作為內部電纜橋架,對線束進行分層走線的布線架用作線束固定孔。
(3) 主控板與屏蔽層結合
在設計支架時,利用功率單元原型上的屏蔽板進行改裝,將其固定在支架上。用于屏蔽電容陣列輸出銅板的電磁騷擾。全部按預定的電磁兼容性能提升的結構更改預定方案加工完成后主控板支架如圖7所示。
[align=center]
圖7 加工完成后的主控板支架[/align]
7.4 變頻器功率單元線束的更改
(1)線束的種類
IGBT驅動線束 4組
電容陣列軟啟動切除線束 1組
旁通控制線束 1組
主控板電源線束 2組
電容陣列電壓測量線束 2組
溫度檢測線束 1組
IGBT輸出測量線束 1組
(2)線束分層布線設計,如圖8所示。
[align=center]
圖8 主控線線束分層布線空間結構[/align]
電容陣列電壓測量、溫度檢測在主控板下支架布線
電容分壓測量在主控板上支架布線
IGBT驅動線束從IGBT到主控板直連。
主控板電源在控制變壓器與支架間前側空間布線。
旁通控制、軟啟動切除在散熱器表面布線。
IGBT輸出測量在功率單元后部,通過主控制下支架固定方式布線。
7.5 變頻器功率單元主控板安裝,連接全部線纜完成樣機制作
(1)將主控板支架固定在變頻器功率單元外殼上后,根據線束分層的空間結構,按各接線端子的位置確定線束的長度,做出其接線端頭。
(2)將主控板裝在支架上,并將相應的電纜連接完成
其相應的線束已布置完成,將主控板裝上,并將相應線束對應接好,此時,功率單元的內部電氣結構全部更改完成,已經具備加電運行的條件,在加電后,即可以進行運行狀態的測試,如圖9所示。
[align=center]
圖9 主控板組裝完成圖[/align]
(3)完成功率單元全部的結構更改改裝
完成功率單元全部電氣結構的安裝后,將右側板組裝,表明全部結構更改完成。輸出和輸入端子與功率單元原型的空間位置保持了一致,具備了直接安裝于變頻器柜體內的性能,表明了安裝結構上符合項目的要求。如圖10所示:
[align=center]
圖10 完成功率單元結構更改的模型[/align]
8 功率單元結構更改完成后電磁兼容性能的測試
8.1 帶載溫升與功能測試
在功率單元更改完成后,首先用功率單元測試箱對其進行加電測試,驗證結構更改后能否正常工作,當工作與保護測試通過后,進行單獨加滿載考核其各部份溫升,經過24h滿載考核,更改后的功率單元的性能完全達到功率單元原型的各項性能指標。
8.2 電磁兼容性的測試
(1)在哈爾濱工業大學電磁兼容試驗室對功率單元進行電快速脈變脈沖群(EFT)的測試,測試標準按照最高的嚴酷工業環境等級進行,如圖11所示。
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圖11 功率單元結構更改完成后的電磁兼容測試[/align]
(2)結構更改完成后的測試數據匯總如表2所示。
表2 結構更改完成后的測試數據匯總

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