1、电磁兼容7-17 7电磁兼容电磁兼容什么是电磁兼容(EMC)？我国最近颁布的 “电磁兼容性” 国家标准中， 对电磁兼容性的定义是： “设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰”。即电磁兼容性包含抗干扰性和干扰性双重含义。为什么要重视电磁兼容？变频器大多运行在恶劣的电磁环境， 作为电力电子设备， 其内部由电子元器件、微处理芯片等组成，容易受到外界的电磁干扰。为了保证系统内每一单元、组件、部件不因电磁干扰而误动作或性能下降，必须注意抗干扰设计。同时，变频器的输入和输出侧的电压、电流含有丰富的高次谐波，当变频器运行时，可能会干扰其他外界设备。故在变频器的设计与
2、应用中，还必须考虑变频器干扰性， 抑制其对外部设备的干扰， 使各种设备协调地共同工作。电磁兼容标准的内容电电 磁磁 兼兼 容容 标标 准准干干 扰扰 发发 射射敏敏 感感 度度传传 导导辐辐 射射电电源源线线信信号号/ /控控制制线线天天线线端端口口电电 源源 线线/信信 号号 线线传传 导导辐辐 射射电电场场磁磁场场射射频频瞬瞬态态天天线线端端口口电电场场磁磁场场静静电电放放电电图 7-1 电磁兼容标准的内容变频器电磁兼容工程方法变频器在电路设计、结构设计、软件设计和工程应用中，可按照电磁兼容工程方法，充分利用屏蔽、滤波、接地、冗余等关键技术，使系统的电路结构和性能日趋合理， 抑制外部对变频
3、器的高频和低频干扰， 并降低变频器对外部设备的干扰。图 7-2 电磁兼容工程方法电磁兼容7-27.1 电路设计电路设计伴随着功能的升级，电子电路设计日益复杂，调试也越来越难。变频器在主电路部分， 采用浪涌吸收电容降低了接触器在开、 关时产生的干扰脉冲；采用压敏电阻， 铁氧体磁环等限制了主电路输入端的尖峰电压； 在主电路部分， 它采用金属排， 扁平电缆， 有效减小了高频时对地阻抗。 对于 IGBT模块，为了有效抑制快速关断时的尖峰电压，本变频器采用了 IGBT 缓冲电路（如图 7-3 所示）。因而本变频器具有很强的适应性。在控制电路部分，本系列变频器主要对核心电路，如 PCB 控制板等，采用了四
4、层布线技术（如图 7-4 所示） ，控制电源和控制地各占一层，主要信号线汇集在板中央，尽量缩小信号线与信号回路线所形成的环路面积。通过采用大量电源解耦电容，光耦隔离器等，合理布局，正确接地，有效减小了公共阻抗耦合、辐射和串扰，从而使整个系统运行更稳定。7-4 多层电路板设计7.2 结构设计结构设计在结构设计上， 本系列变频器主要考虑到降低变频器电力电子器件对其它外部设备的干扰性， 在设计时充分注意了 EMC 的区域原则把不同的设备规划在不同的区域中，在空间上用金属壳或在柜体内用接地隔板隔离，达到屏蔽目的。检测和控制系统操作面板金属底板吸收电容金属隔离板铝制金属散热片图 7-5 结构设计中 EM
5、C 区域规划电磁兼容7-37.3 软件设计软件设计采用硬件抗干扰措施， 可以大大提高系统工作的可靠性， 但并不是所有的干扰或系统出现的故障通过硬件措施得到完整的解决。 为此， 在系统设计中， 需要采用软件抗干扰技术， 以弥补硬件抗干扰的不足或无法解决的问题。自检程序：对直流母线电压，直流电流，交流电流，温度等系统参数进行故障检查和诊断，提高控制系统可靠性。软件冗余：对条件控制，克服一次采样、处理和控制，采用循环采样、处理和控制，对惯性较大的控制系统具有良好的抗偶然因素干扰作用。数字滤波：在硬件设计上，采用有源滤波或无源滤波，可有效抑制进入变频器内部的干扰信号，但硬件结构复杂，成本增加。为此在程
6、序设计中，可采用算术平均值，累加积分等数字滤波技术达到同样效果。7.4 工程应用工程应用当各种工厂和设备采用变频调速时， 在变频器的电源侧和电机侧都会产生谐波干扰，对供电电网和变频器周围的其它电气设备要产生电磁干扰。7.4.1 变频器与电网间接线：变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。对于通过线路传播的干扰信号（传导干扰），主要通过增大线路在干扰频率下的阻抗来消弱。可串联交流电抗器ACL(参见第八章选件/附件)，用于降低由变频器产生的谐波，同时也可用于增加电源阻抗,帮助吸收附近设备
7、投入工作时产生的浪涌电压和主电源的电压尖峰。M M3 3变频器屏蔽电缆电机进线电抗器图 7-6 带 有 屏 蔽 电 缆 的 噪 声 电 流 流 向对于通过辐射来传播的干扰信号（辐射干扰），主要通过吸收的方法来消弱。如运用无线电噪声滤波器 NF，以减少从变频器来的传导性和发射性干扰。为得到最佳性能，在滤波器和金属安装板之间必须有良好导电性的接线。在使用无线电噪声滤波器 NF 时，应注意滤波器的正确使用，并将无线电噪声滤波器 NF 串接在交流电抗器电磁兼容7-4ACL和变频器之间。滤波器PCB滤 波 器 输 入 线 尽 量 短输 入 、 输 出 线 隔 离 , 避免 交 叉 耦 合接 地 线 尽
8、量 短 而 粗电源图 7-7 滤 波 器 的 正 确 接 法7.4.2 变频器与电机间接线：在变频器的输出侧和电动机之间，串入滤波电抗器，可以消弱输出电流中的谐波部分，此法非但起到了抗干扰作用，还消弱了电动机中由于谐波电流引起的附加转矩，改善了电动机的运行特性。在变频器的输出侧，绝对不允许用电容吸收器来吸收谐波电流，因为在逆变管导通瞬间，会出现峰值很大的充电电流或放电电流，使逆变管损坏。电机电缆应独立于其它电缆走线， 其最小距离为 500mm。 同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。对于高频干扰，如果高频噪声电流 Is 有一条正确的通道
9、，则高频噪声是可以得到抑的。如果使用非屏蔽电机电缆，则高频噪声电流 Is以一个不确定的路线流回变频器， 并在此回路中产生高频分量压降，影响其它设备。为使高频噪声电流 Is 能沿确定路线流回变频器，需要采用屏蔽电机电缆。电缆屏蔽层必须连接到变频器外壳和电机外壳上。当高频噪声电流 Is 必须流回变频器时，屏蔽层形成一条最有效的通道。7.4.3 变频器内部接线：在使用输出继电器控制接触器时，为了确保接触器被抑流，对于交流接触器可采用 R-C 吸收器，对于直流接触器可采用“自振荡”二极管，反向并联到线圈上。也可以用压敏电阻吸收器。变频器内所有设备应通过短、粗的接地电缆连接到星形中点或汇流排而良好接地。
10、 连接到变频器上的任何控制设备也必须同样通过短、粗的连线接到相同的地线或星形中点。最好用平导体(如金属排等)，因为它们在高频下具有更低的阻抗。7.4.4 控制回路接线：控制电缆最好使用屏蔽电缆:模拟信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线，独立走线，以减少线间的耦合。低压数字信号线也应使用双屏蔽的双绞线或使用单屏蔽的双绞线。信号电缆的屏蔽一定要在两端接地。如果控制电缆和电源电缆交叉， 则尽可能使它们按 90 度角交叉。 同时必须用合适的夹子将电机电缆和控制电缆的屏蔽层固定到安装板电磁兼容7-5上。并尽可能多地用隔离的线槽将控制电缆与电源边线隔离。7.3.5 仪器仪表接线：电源隔离法.变频器输入侧的谐波
11、电流常常从电源侧进入各种仪器， 成为许多仪器的干扰源，针对这种情况，应在受干扰仪器的电源侧采取有效的措施，方法之一是接入隔离变压器。隔离变压器的特点是一、二次绕组的匝数相等，但一、 二次侧有金属膜进行了良好的隔离。 为进一步滤去电源电压中的谐波成分，在隔离变压器的两侧还可以接入各种滤波电路。屏蔽层受干扰仪器电源C1TAXaxC2图7-9 电源隔离法信号隔离法某些传感器传输线较长， 并采用电流信号， 可以在信号侧用光耦进行隔离。需要注意的是：1)所用光耦合器应是传输比为 1 的线性光耦。2)光 耦 合 器 两 侧 的 电 容 器 对 传 输 信 号 应 无 衰 减 作 用 。图7-10 信号隔离法I IT T(A)(E)(K)(C)I ID DV VP P受干扰仪器传感器
