浅议变频空调的电磁兼容问题-论文发表

　　浅议变频空调的电磁兼容问题
　　李斌
　　上海三菱电机•上菱空调机电器有限公司
　　摘要：
　　电磁兼容是指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。也就是说，各种用电设备在其正常工作状态下，不应产生超过规定限值的干扰，同时也应具有抵御一定强度电磁干扰的能力。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。本文分析了变频空调的电磁兼容问题。
　　关键词：变频空调，电磁兼容，电磁辐射
　　一、变频空调器的工作原理与特点
　　空调器的电气控制技术是涉及很多学科在内的一项综合性技术。从传统的开关控制发展到现在的变频控制，空调器的性能有了很大的提高。从空调器电控系统的发展上看，可分为继电器一接触器控制、分立元件的微电子元件控制和专用微电脑芯片控制三个阶段。最初，空调器的控制电路大都采用选择开关、继电器和接触器组成。风扇电机的转速由手动的转换开关直接选择进行控制，压缩机也是由一个简单的转换开关控制电路控制启停，通过手动的调温开关和冷热切换开关进行制冷(热)工作。所以，这种控制方式功能简单，而且使用起来不太方便。20世纪90年代初，在继电器-接触器控制线路的基础上利用电子技术，发展了采用集成电路和分立元件相结合的控制方式。这种电控系统中，压缩机、风机等负载仍采用继电器-接触器供电方式，但其控制部分主要采用弱电控制。在该阶段，空调控制电路增加了温度控制、自动除霜、3分钟延时、过欠压保护等功能，使空调器的自动控制功能大大提高，工作更为可靠。另外，还增强了电气保护功能，如压力控制器，当排气压力过高或吸气压力过低时，压力控制器断开接点，迫使压缩机停止工作;采用热继电器起到过负荷保护作用，确保压缩机不会因过流而损坏。第三阶段为微电脑芯片控制阶段。目前变频空调器已普遍采用微电脑控制技术，该技术在空调器上的应用，使空调器不但实现了自动化控制，而且还实现了智能化控制，使空调器的功能有了更大的改善，操作更为简单，舒适程度进一步提高。微处理器中的中央处理器具有数据处理能力(如算数运算、逻辑运算、数据传送、中断处理等)，可以实现更加复杂的软件功能，使空调性能越来越可靠，感觉越来越舒适。
　　传统空调器采用开关控制方式，利用异步交流电机控制压缩机进行制冷或制热，这种控制方式有很多缺点和不足。针对上述问题，出现了采用变频驱动技术，具有温控精度高、环境舒适、节约电能、减小对电网和压缩机冲击等优点的变频空调器。变频式空调器的工作原理是通过改变压缩机中电动机的电源频率来达到调节压缩机电机的转速，从而控制空调器制冷或制热功率的目的。当室内需要急速降温或急速升温时，压缩机转速可加快，制冷功率(制热功率)按比例增加;相反，在一般情况下，当室内空调负荷减少时，压缩机转速可正常运转或减速;在空调器开机时，如果室内温度与设定的温度偏离较大时，变频以高于工频的频率供电，保证空调器快速启动，可以使室温快速达到设定值。而当室内温度与预设温度接近时，变频器自动保持压缩机低速运行以保持恒温。因此，随着季节和昼夜的变化，空调器的变速运转即可以节能又可保证房间内舒适。因压缩机采用了比单相电机效率更高的三相电机，且压缩机长时间不间断运行，避免了频繁启动造成的损耗，起动电流小，对电网和其它电器冲击较小，对电源电压及频率的敏感度也很低。
　　二、、电磁辐射对空调器的干扰与影响
　　一般来讲，电磁干扰主要是对低电平系统进行干扰，而目前的家用空调器的核心部分大都是低电平系统，再由低电平系统对高电平(强电)系统进行控制。因此，空调器在电磁环境中是比较容易受到干扰和影响的。下面就以某变频空调器产品在研制阶段所遇到的一些实际问题来谈一下电磁辐射对空调器的具体影响及危害:
　　某型号的变频空调器在设计初期小批量试制后进行功能验证时发现如下问题。
　　①空调器运行一段时间后，出现故障停机，查其原因为室外机的控制基板上的数据存储器EEPROM中的数据错误。拆下此存储器研究发现这种错误不是整个存储器中的数据全部错误，只是某一位数据发生畸变。
　　②空调器的显示屏在有些节能灯打开时，屏幕闪烁。
　　以上问题，经过深入的研究发现:前者系该空调器的抗干扰性设计的不够理想，当空调器运行时，某一时刻空间中的电磁干扰足够大，使得存储器中的某位数据因受干扰而发生改变。后者系节能灯在工作时，发出辐射干扰，使显示屏闪烁。针对以上问题，技术人员选用了抗干扰能力强的数据储存器和LED灯，这样就有效的避免了类似问题的发生。
　　三、空调器的电磁危害
　　家用空调器尤其是交流变频式的家用空调器，因其室外机用的是变频压缩机，要用到大功率的IGBT，即智能功率模块(IPM)通过磁连跟踪法来对压缩机进行驱动。IPM的基本工作原理就是六个开关管的交替开断，这样一来对外界的辐射干扰以及对电网的传导干扰就大大加强。这种电磁干扰加强，不可避免就要对其他的电子设备、电子仪器以及其他家用电器造成或多或少的危害。因此需要对空调器进行如下途径的改进。
　　3.1印刷线路板的布线
　　印刷线路板的布线的好坏也会很大程度上影响电磁兼容性。在设计时应该注意以下几点:①电源线、地线、印制版走线对高频信号保持低阻抗，而且，印制版走线尽可能的要短而粗，线条均匀。②电源线、地线、印制版上的导线在印制版上的排列要恰当，尽可能短而直，为了减小信号线与回线之间所形成的环路面积。
　　3.2滤波器技术
　　滤波器可以把不需要的电磁能量即电磁干扰减少到满意的工作电平上，正因为如此，滤波器是防止传导干扰的主要措施，如电源滤波器解决传导干扰问题。同时，滤波器也是解决辐射干扰的重要武器，如抑制无线电干扰，在发射机的输出端和接收端加相应的电磁干扰滤波器，滤掉干扰的信号以达到兼容的目的。对于普通的变频空调器而言，由于其室外机的干扰很大，通常是在室外机的电源端加上滤波器，滤波器可以是一级也可以是二级或者是多级，具体的选择还要看滤波后的实际效果。
　　3.3屏蔽技术
　　变频空调器中智能功率模块的传导干扰强，但是其辐射干扰也不弱，在电路中虽然用到了滤波器，但在空间位置上距离智能功率模块较近，一方面滤波器滤掉了一部分的传导干扰，但是另一方面智能功率模块的辐射干扰又会重新祸合到滤波器上，再通过电源线反相传导到电源网络。由此可知，虽然滤波器对传导干扰起到一定的作用，但是总的来说并没能实现抑制对外干扰的目的，这样就要用到屏蔽技术。屏蔽也是抑制干扰源的措施之一，通常用的方法是把某些设备或电子组件所产生的电磁干扰限制在一定有限的范围内。或者保护某些对电磁干扰易敏感的设备不受外界电磁干扰的影响。屏蔽的方法通常是用铜或铝等低阻抗材料或磁性材料制成的容器，将需要隔离的部分全部包起来。
　　四、结论
　　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。深入研究家用电器电磁兼容共性技术问题，提高我国家用电器电磁兼容设计水平，将具有日益重要的现实意义。
　　参考文献
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