某Ⅲ类医疗器械产品采用变频器EMC不合格整改案例分享

2025-6-4 23:04| 发布者: 曾工| 查看: 35| 评论: 0|原作者: 曾工|来自: 电磁兼容网

摘要: 概述：某Ⅲ类医疗器械产品采用台达变频器DELTA VFD1A6MS21ANSAA，作为控制其内部电机按照技术参数进行无极调速控制，以满足其器械的技术参数的功能。但是，当此医疗器械的变频器启动的时候，将出现严重的电磁干扰， ...

概述：
某Ⅲ类医疗器械产品采用台达变频器DELTA VFD1A6MS21ANSAA，作为控制其内部电机按照技术参数进行无极调速控制，以满足其器械的技术参数的功能。但是，当此医疗器械的变频器启动的时候，将出现严重的电磁干扰，会导致辐射不合格，不满足医疗器械通标 YY 9706.1-2021（等同IEC 60601-1-2）的辐射限值。特此寻求外部第三方进行EMC整改，找到曾工进行特别加急处理。

样品内部照片：
某器械产品的内部台达变频器实物图片

辐射不合格测试数据如下：

一、问题简述

产品背景：使用台达 VFD1A6MS21ANSAA 变频器控制电机无极调速。
现象：变频器启动后，在30 MHz ~ 200 MHz区间，辐射超标明显。
限值依据：医疗器械通用标准 YY 9706.1-2021，10m法 Class A等级，限于医院使用。如果卖去诊所、家用则还要降低10dB限值，将更加严酷。
频段分析：从图中的数据，超标频段集中在35MHz~160MHz之间，76.36 MHz附近辐射尤其严重（>55 dBμV/m），而限值线在40 dBμV/m左右。

二、不合格原因与电磁原理分析
1. 变频器工作特性是EMC噪声源

VFD（变频器）采用 PWM（脉宽调制）技术，其 开关频率（几kHz~几十kHz）及高次谐波 广泛扩展到几十MHz以上；
特别是 IGBT/MOSFET 开关管产生的尖峰电压和电流，造成高速共模电流沿电机线、电源线、电缆屏蔽层传播形成天线效应，强烈辐射出去，导致辐射异常升高。

2. 共模电流形成强天线效应

另外，变频器的驱动电缆到电机线缆比较长，且没有良好屏蔽和接地，这样会在几十MHz区间形成 共模电流回路，辐射特别强；
电机、电缆接地差或浮空时，反射效应严重，加重共模干扰；
电机本体未屏蔽或接地不好，同样会造成直接辐射。

3. 滤波器缺失或失效

医疗设备多数体积紧凑，若未正确配置 EMI 滤波器（例如，线缆跨越滤波器、线缆前后级耦合）或滤波器选型不当，不能有效抑制共模/差模骚扰；
辐射高频段共模骚扰，传统滤波器对其抑制作用较弱，必须考虑加装高频镍锌铁氧体和X/Y电容等。

三、整改方案
✅ 1. 输入端加装专业级EMI滤波器（带共模抑制）

使用含有共模电感 + 差模电感 + X/Y 电容的滤波模块；
台达原装电源输入端 EMI 滤波器不足，额外使用如 Schaffner、TDK、Cosel 等专业滤波器；
滤波器靠近变频器，另外可靠接地、且低阻。

✅ 2. 变频器与电机间加装输出EMC滤波器（特别重要）

加装 变频器输出滤波器（output sine filter 或 dv/dt filter），抑制IGBT开关所带的高频dv/dt干扰；
变频器输出端加共模扼流圈（common-mode choke） + 高频磁环包绕电机线；
高频铁氧体推荐使用 镍锌材质（NiZn），带宽较高（30–300MHz），多匝绕制以增强效果。

✅ 3. 加强屏蔽与接地

电机线采用屏蔽电缆，并在变频器端和电机端 360°环形压接屏蔽层（不能只是点接）；
电机金属壳体、变频器金属外壳均与接地系统可靠连接；
电机与控制长线缆靠近参考地平面，勿悬空或靠近外壳边缘传播。

✅ 4. 降低开关频率，优化PWM参数（软件层）

适当 降低PWM开关频率（如从16kHz改为8kHz）；
优化其 PWM斜率，减缓电压上升/下降沿，减轻高频谐波量；
调整dv/dt控制技术。

✅ 5. 屏蔽外壳/罩、机壳屏蔽涂层（结构层）

对电机、变频器、电源模块加金属屏蔽盒或屏蔽罩；
机箱内层贴导电屏蔽材料（如导电布、镍铜箔、屏蔽涂料）；
信号线穿金属管走线或包绕高频磁环。

四、添加整改方案后测试数据

台达变频器DELTA VFD1A6MS21ANSAA辐射合格测试数据

扩展阅读:
整改实施优先顺序建议（紧急处理思路）

优先级	项目	说明
①	输出端加共模滤波器 & 铁氧体	抑制最大干扰源：变频器→电机线
②	输入端加大功率EMI滤波器	阻断干扰从电源输入传播
③	优化电机线屏蔽接地	防止共模干扰形成辐射天线
④	优化PWM频率	软件调节，配合硬件减小干扰源
⑤	如条件允许，加装屏蔽罩	最终屏蔽结构干预