工业变频器研发中的特性检测与试验方法

功能进行，注意使用有效的滤波措施消除示波器对电流波形采集的失真。下图给出了IGBT开关损耗的实测波形。

(a) 开通损耗 (b) 关断损耗

图2 IGBT开关损耗的实测波形（Vce：200V/div，Vge：10V/div，Ic：200A/div）

（试验条件：直流侧电压600V、集电极电流600A、门极驱动电阻3.3Ω、驱动电压+15V及-10V）

（2）驱动电路评价试验

在门极驱动电路设计中，驱动电压、电流和功率的测量是重要的项目。下图给出了大容量变频器中的门极驱动电压瞬间波形。由于采用了正负双电源的供电模式，可以看出：导通时电压值为+15V左右，关断时电压值为-10V左右。

（a） ON （b） OFF

图3 门极电压实测波形

（3）保护电路评价试验

IGBT使用中最重要的一个方面是器件的电压和电流不能超过安全工作区：①在关断时，包括任何被要求的过载条件下，集电极峰值电流必须处在开关安全工作区的规定之内②在短路时，保护电路的动作时间不能超过短路耐量。相关的评价试验包括关断安全工作区确认试验和短路试验。下图给出了两种试验中的实测波形图。

(a) 浪涌电压测试波形 (b) 短路电流测试波形

图4 安全工作区确认试验实测波形

测量时需要注意：①使用有充分频率的频带的探测器和示波器②事先调整示波器的灵敏度，调整探测器的频率修正③测量用探测器与元件的端子直接相连④注意CT的检测灵敏度和变流比。尤其在测量浪涌电压时电流的方向需要格外注意，因为不同的电流方向代表了浪涌电压来自于IGBT还是反并联二极管。

（4）散热性能评价试验

IGBT使用中最重要的另一个方面是任何情况下，IGBT的工作结温必须始终保持在Tjmax以下。要达到这样的要求，需要进行精确的损耗计算，进而设计优良的散热系统。散热性能的评价主要是温度试验。当然温度试验并不完全是为IGBT而准备的，变频器中其他元器件同样需要进行温度试验，包括电解电容、变压器、接触器及驱动电路上的主要器件等等。

温度试验首先要确定器件的温度测量点，然后要模拟各种过载条件，以保证在最恶劣的情况下器件的结温不超过最大值。

（5）器件并联评价试验

IGBT并联使用时，需要用测量变流器来检测通过各个器件的电流，以确认导通状态下电流是否均衡。

开关电源的设计是变频器硬件电路设计中的另一个重要方面。开关电源的设计完成之后的评价试验很多。这里仅介绍其中较重要的试验项目。包括开关电源的动作确认试验、开关电源的器件特性确认、高低温启动测定试验、电解电容纹波电流确认试验、开关电源容量确认试验。作为变频器中使用的开关电源，主要提供的电源有：控制回路用5V电源、检测用传感器用电源、继电器电源，风扇用电源以及驱动用电源。

(1)开关电源的动作确认试验

主要是指开关电源的各路输出电压的变动范围是否在设计的容许误差之内，这里包括静态和动态两方面。静态是变频器主电源供电稳定的状态，又包括轻载和重载两种负载状态。动态主要测量变频器主电源供电初始状态下各路电源的输出尖峰脉动，如下图所示。

图5 开关电源24V瞬间起动实测波形

(2)高低温启动试验 开关电源的设计必须保证在变频器指定的工作温度下正常起振、工作。该试验是检验在高、低温时开关电源的工作性能，试验波形如下图（MOSFET管D-S间电压）。

（a）正常起振波形 （b）起振失败波形

图6 -15℃时开关电源的起振波形

(3)元件的品质确认试验 是指在最严酷的过载条件下，确认各个主要的元器件，如MOSFET、二极管等的工作电压电流有没有超出器件的最大工作范围。

(4)纹波电流确认试验 是确认多路开关电源设计中所使用的滤波电解电容的纹波电流是否符合设计要求。

(5)其他试验

作为高品质的开关电源设计，还需要进行输入ON/OFF试验、异常状态启动试验、负载短路试验、输入电压和负载电流的急变试验、反馈电路安全动作确认、各电路温升试验及破坏试验等。

4 软件设计的功能评价项目

每种变频器都有一些通用的软件功能和自己的特殊软件功能。通用软件功能包括一些常见的功能，如加减速功能、直流制动功能、转矩提升功能、转速跟踪功能、瞬停再启动功能等等。专用软件功能更多的是适合于不同应用场合的专用功能。在变频器设计完成之后，对这些软件的功能进行评价称为软件的功能评价。这些试验的目的在于检验软件设计的正确性，以便更好地改正软件中的一些参数。这些试验的项目、条件、方法由于各个厂家生产变频器的不同而不同。其中矢量控制是现在大多数高性能变频器中都带有的一种功能，是区分变频器优劣的一项重要指标。现在主要讲述一下这种功能的评价方案。

从控制策略本身来讲，矢