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科普变频器小知识:EMC规则

各种工厂设备采用变频调速时,会在变频器(VFD)的电源侧和电机侧产生谐波干扰,对VFD附近的供电网络和其他用电设备造成电磁骚扰。另外,为了保证VFD的长期可靠运行,VFD的接线非常重要。


什么是EMC?

EMC就是“滤波器”。是指电气设备在电磁环境中良好的工作能力,不能对工作在该环境中的其他设备产生不可接受的电磁干扰。


噪声发射和抗扰度

EMC由两个与电气设备相关的特性决定:噪声发射和抗干扰程度。噪声发射和抗干扰程度的规定限制取决于电气设备的应用环境。一般分为第一类环境(民用环境)和第二类环境(工业环境)。在民用环境中,即当电气设备进入公共供电系统时,对噪声发射有严格的规定,但可能要求较低的抗干扰程度;相反,在工业环境中,电气设备的噪声抗干扰程度较高,但噪声发射程度较低。


如果电气设备是系统的一部分,则不需要从一开始就满足任何发射和抗干扰的要求,但整个系统必须满足相关电磁兼容性的要求。一般来说,电气设备必须具有抑制高频和低频干扰的能力。其中,高频干扰主要包括静电放电(ESD)、脉冲干扰和电磁场的发射频率。低频干扰主要是指电源电压波动、欠压和频率不稳定。


VFD及其电磁兼容性

通常情况下,VFD可以在可能存在高电磁干扰(EMI)的工业环境中工作。此时,它是噪声发射器,也可能是噪声接收器。

(1) VFD为噪声排放源


电机电缆和电机内部存在寄生电容Cp,所以VFD PWM输出电压波形的开关翼通过寄生电容产生高频脉冲噪声电流Is,使得VFD成为噪声源。由于噪声电流Is的来源是VFD,它必须流回VFD。图中ZE为大地阻抗,ZN为电力电缆与大地之间的阻抗。噪声流经这两个阻抗产生的压降会影响同一电网上的其他设备,造成干扰。此外,VFD的整流部分也会产生低频谐波,导致电网电压畸变。当电网短路阻抗小于1%时,建议增加串联电抗器抑制低频干扰。具体谐波成分见下表。

对于高频干扰,如果高频噪声电流具有正确的通道,则高频噪声可以被抑制。如果使用非屏蔽电机电缆,高频噪声电流Is会以不确定的路径回流到VFD,在这个回路中会产生高频元件的压降,影响其他设备。为了使高频噪声电流沿着一定的路线流回VFD,有必要使用屏蔽电机电缆。电缆屏蔽必须连接到VFD外壳和电机外壳。当高频噪声电流Is必须流回VFD时,屏蔽层形成最有效的通道。


虽然噪声电流在ZE上不会有压降,但在电源阻抗ZN上会有压降,会影响其他用电设备。


所以应该在VFD的输入端安装无线电干扰抑制滤波器,这样回流到电源的噪声电流会大大减少。


(2)VFD作为噪声接收器


当VFD用作噪声接收器时,高频噪声电流Is可以通过电位和耦合电容进入VFD,在阻抗Zi两端产生压降,产生干扰噪声。为此,最有效的方法是将噪声源与信号电缆严格隔离,信号电缆的屏蔽必须两端接地。


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