淺議變頻空調(diào)的電磁兼容問(wèn)題
　　李斌
　　上海三菱電機(jī)•上菱空調(diào)機(jī)電器有限公司
　　摘要：
　　電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。也就是說(shuō)，各種用電設(shè)備在其正常工作狀態(tài)下，不應(yīng)產(chǎn)生超過(guò)規(guī)定限值的干擾，同時(shí)也應(yīng)具有抵御一定強(qiáng)度電磁干擾的能力。隨著家用電器的普及和使用，電磁輻射干擾對(duì)空調(diào)器系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性都有著非常大的影響�？梢哉f(shuō)，電磁輻射干擾對(duì)空調(diào)器的嚴(yán)重破壞影響，必將成為嚴(yán)重的社會(huì)化問(wèn)題。本文分析了變頻空調(diào)的電磁兼容問(wèn)題。
　　關(guān)鍵詞：變頻空調(diào)，電磁兼容，電磁輻射
　　一、變頻空調(diào)器的工作原理與特點(diǎn)
　　空調(diào)器的電氣控制技術(shù)是涉及很多學(xué)科在內(nèi)的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。從傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制發(fā)展到現(xiàn)在的變頻控制，空調(diào)器的性能有了很大的提高。從空調(diào)器電控系統(tǒng)的發(fā)展上看，可分為繼電器一接觸器控制、分立元件的微電子元件控制和專(zhuān)用微電腦芯片控制三個(gè)階段。最初，空調(diào)器的控制電路大都采用選擇開(kāi)關(guān)、繼電器和接觸器組成。風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速由手動(dòng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)直接選擇進(jìn)行控制，壓縮機(jī)也是由一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制電路控制啟停，通過(guò)手動(dòng)的調(diào)溫開(kāi)關(guān)和冷熱切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行制冷(熱)工作。所以，這種控制方式功能簡(jiǎn)單，而且使用起來(lái)不太方便。20世紀(jì)90年代初，在繼電器-接觸器控制線路的基礎(chǔ)上利用電子技術(shù)，發(fā)展了采用集成電路和分立元件相結(jié)合的控制方式。這種電控系統(tǒng)中，壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等負(fù)載仍采用繼電器-接觸器供電方式，但其控制部分主要采用弱電控制。在該階段，空調(diào)控制電路增加了溫度控制、自動(dòng)除霜、3分鐘延時(shí)、過(guò)欠壓保護(hù)等功能，使空調(diào)器的自動(dòng)控制功能大大提高，工作更為可靠。另外，還增強(qiáng)了電氣保護(hù)功能，如壓力控制器，當(dāng)排氣壓力過(guò)高或吸氣壓力過(guò)低時(shí)，壓力控制器斷開(kāi)接點(diǎn)，迫使壓縮機(jī)停止工作;采用熱繼電器起到過(guò)負(fù)荷保護(hù)作用，確保壓縮機(jī)不會(huì)因過(guò)流而損壞。第三階段為微電腦芯片控制階段。目前變頻空調(diào)器已普遍采用微電腦控制技術(shù)，該技術(shù)在空調(diào)器上的應(yīng)用，使空調(diào)器不但實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，而且還實(shí)現(xiàn)了智能化控制，使空調(diào)器的功能有了更大的改善，操作更為簡(jiǎn)單，舒適程度進(jìn)一步提高。微處理器中的中央處理器具有數(shù)據(jù)處理能力(如算數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理等)，可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的軟件功能，使空調(diào)性能越來(lái)越可靠，感覺(jué)越來(lái)越舒適。
　　傳統(tǒng)空調(diào)器采用開(kāi)關(guān)控制方式，利用異步交流電機(jī)控制壓縮機(jī)進(jìn)行制冷或制熱，這種控制方式有很多缺點(diǎn)和不足。針對(duì)上述問(wèn)題，出現(xiàn)了采用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，具有溫控精度高、環(huán)境舒適、節(jié)約電能、減小對(duì)電網(wǎng)和壓縮機(jī)沖擊等優(yōu)點(diǎn)的變頻空調(diào)器。變頻式空調(diào)器的工作原理是通過(guò)改變壓縮機(jī)中電動(dòng)機(jī)的電源頻率來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制空調(diào)器制冷或制熱功率的目的。當(dāng)室內(nèi)需要急速降溫或急速升溫時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可加快，制冷功率(制熱功率)按比例增加;相反，在一般情況下，當(dāng)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷減少時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可正常運(yùn)轉(zhuǎn)或減速;在空調(diào)器開(kāi)機(jī)時(shí)，如果室內(nèi)溫度與設(shè)定的溫度偏離較大時(shí)，變頻以高于工頻的頻率供電，保證空調(diào)器快速啟動(dòng)，可以使室溫快速達(dá)到設(shè)定值。而當(dāng)室內(nèi)溫度與預(yù)設(shè)溫度接近時(shí)，變頻器自動(dòng)保持壓縮機(jī)低速運(yùn)行以保持恒溫。因此，隨著季節(jié)和晝夜的變化，空調(diào)器的變速運(yùn)轉(zhuǎn)即可以節(jié)能又可保證房間內(nèi)舒適。因壓縮機(jī)采用了比單相電機(jī)效率更高的三相電機(jī)，且壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，避免了頻繁啟動(dòng)造成的損耗，起動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)和其它電器沖擊較小，對(duì)電源電壓及頻率的敏感度也很低。
　　二、、電磁輻射對(duì)空調(diào)器的干擾與影響
　　一般來(lái)講，電磁干擾主要是對(duì)低電平系統(tǒng)進(jìn)行干擾，而目前的家用空調(diào)器的核心部分大都是低電平系統(tǒng)，再由低電平系統(tǒng)對(duì)高電平(強(qiáng)電)系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此，空調(diào)器在電磁環(huán)境中是比較容易受到干擾和影響的。下面就以某變頻空調(diào)器產(chǎn)品在研制階段所遇到的一些實(shí)際問(wèn)題來(lái)談一下電磁輻射對(duì)空調(diào)器的具體影響及危害:
　　某型號(hào)的變頻空調(diào)器在設(shè)計(jì)初期小批量試制后進(jìn)行功能驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題。
　�、倏照{(diào)器運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)故障停機(jī)，查其原因?yàn)槭彝鈾C(jī)的控制基板上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM中的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。拆下此存儲(chǔ)器研究發(fā)現(xiàn)這種錯(cuò)誤不是整個(gè)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)全部錯(cuò)誤，只是某一位數(shù)據(jù)發(fā)生畸變。
　�、诳照{(diào)器的顯示屏在有些節(jié)能燈打開(kāi)時(shí)，屏幕閃爍。
　　以上問(wèn)題，經(jīng)過(guò)深入的研究發(fā)現(xiàn):前者系該空調(diào)器的抗干擾性設(shè)計(jì)的不夠理想，當(dāng)空調(diào)器運(yùn)行時(shí)，某一時(shí)刻空間中的電磁干擾足夠大，使得存儲(chǔ)器中的某位數(shù)據(jù)因受干擾而發(fā)生改變。后者系節(jié)能燈在工作時(shí)，發(fā)出輻射干擾，使顯示屏閃爍。針對(duì)以上問(wèn)題，技術(shù)人員選用了抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器和LED燈，這樣就有效的避免了類(lèi)似問(wèn)題的發(fā)生。
　　三、空調(diào)器的電磁危害
　　家用空調(diào)器尤其是交流變頻式的家用空調(diào)器，因其室外機(jī)用的是變頻壓縮機(jī)，要用到大功率的IGBT，即智能功率模塊(IPM)通過(guò)磁連跟蹤法來(lái)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。IPM的基本工作原理就是六個(gè)開(kāi)關(guān)管的交替開(kāi)斷，這樣一來(lái)對(duì)外界的輻射干擾以及對(duì)電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾就大大加強(qiáng)。這種電磁干擾加強(qiáng)，不可避免就要對(duì)其他的電子設(shè)備、電子儀器以及其他家用電器造成或多或少的危害。因此需要對(duì)空調(diào)器進(jìn)行如下途徑的改進(jìn)。
　　3.1印刷線路板的布線
　　印刷線路板的布線的好壞也會(huì)很大程度上影響電磁兼容性。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):①電源線、地線、印制版走線對(duì)高頻信號(hào)保持低阻抗，而且，印制版走線盡可能的要短而粗，線條均勻。②電源線、地線、印制版上的導(dǎo)線在印制版上的排列要恰當(dāng)，盡可能短而直，為了減小信號(hào)線與回線之間所形成的環(huán)路面積。
　　3.2濾波器技術(shù)
　　濾波器可以把不需要的電磁能量即電磁干擾減少到滿意的工作電平上，正因?yàn)槿绱�，濾波器是防止傳導(dǎo)干擾的主要措施，如電源濾波器解決傳導(dǎo)干擾問(wèn)題。同時(shí)，濾波器也是解決輻射干擾的重要武器，如抑制無(wú)線電干擾，在發(fā)射機(jī)的輸出端和接收端加相應(yīng)的電磁干擾濾波器，濾掉干擾的信號(hào)以達(dá)到兼容的目的。對(duì)于普通的變頻空調(diào)器而言，由于其室外機(jī)的干擾很大，通常是在室外機(jī)的電源端加上濾波器，濾波器可以是一級(jí)也可以是二級(jí)或者是多級(jí)，具體的選擇還要看濾波后的實(shí)際效果。
　　3.3屏蔽技術(shù)
　　變頻空調(diào)器中智能功率模塊的傳導(dǎo)干擾強(qiáng)，但是其輻射干擾也不弱，在電路中雖然用到了濾波器，但在空間位置上距離智能功率模塊較近，一方面濾波器濾掉了一部分的傳導(dǎo)干擾，但是另一方面智能功率模塊的輻射干擾又會(huì)重新禍合到濾波器上，再通過(guò)電源線反相傳導(dǎo)到電源網(wǎng)絡(luò)。由此可知，雖然濾波器對(duì)傳導(dǎo)干擾起到一定的作用，但是總的來(lái)說(shuō)并沒(méi)能實(shí)現(xiàn)抑制對(duì)外干擾的目的，這樣就要用到屏蔽技術(shù)。屏蔽也是抑制干擾源的措施之一，通常用的方法是把某些設(shè)備或電子組件所產(chǎn)生的電磁干擾限制在一定有限的范圍內(nèi)。或者保護(hù)某些對(duì)電磁干擾易敏感的設(shè)備不受外界電磁干擾的影響。屏蔽的方法通常是用銅或鋁等低阻抗材料或磁性材料制成的容器，將需要隔離的部分全部包起來(lái)。
　　四、結(jié)論
　　隨著家用電器的普及和使用，電磁輻射干擾對(duì)空調(diào)器系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性都有著非常大的影響。深入研究家用電器電磁兼容共性技術(shù)問(wèn)題，提高我國(guó)家用電器電磁兼容設(shè)計(jì)水平，將具有日益重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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