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1、7 電磁兼容n什么是電磁兼容(EMC)?我國最近頒布的“電磁兼容性”國家標(biāo)準(zhǔn)中,對電磁兼容性的定義是:“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾”。即電磁兼容性包含抗干擾性和干擾性雙重含義。n為什么要重視電磁兼容?變頻器大多運行在惡劣的電磁環(huán)境,作為電力電子設(shè)備,其內(nèi)部由電子元器件、微處理芯片等組成,容易受到外界的電磁干擾。為了保證系統(tǒng)內(nèi)每一單元、組件、部件不因電磁干擾而誤動作或性能下降,必須注意抗干擾設(shè)計。同時,變頻器的輸入和輸出側(cè)的電壓、電流含有豐富的高次諧波,當(dāng)變頻器運行時,可能會干擾其他外界設(shè)備。故在變頻器的設(shè)計與應(yīng)用中,還必須考慮變頻器干擾性,
2、抑制其對外部設(shè)備的干擾,使各種設(shè)備協(xié)調(diào)地共同工作。n電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容圖7-1電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容n變頻器電磁兼容工程方法變頻器在電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件設(shè)計和工程應(yīng)用中,可按照電磁兼容工程方法,充分利用屏蔽、濾波、接地、冗余等關(guān)鍵技術(shù),使系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)和性能日趨合理,抑制外部對變頻器的高頻和低頻干擾,并降低變頻器對外部設(shè)備的干擾。圖7-2電磁兼容工程方法7.1電路設(shè)計伴隨著功能的升級,電子電路設(shè)計日益復(fù)雜,調(diào)試也越來越難。變頻器在主電路部分,采用浪涌吸收電容降低了接觸器在開、關(guān)時產(chǎn)生的干擾脈沖;采用壓敏電阻,鐵氧體磁環(huán)等限制了主電路輸入端的尖峰電壓;在主電路部分,它采用金屬排,扁平電纜,有效減
3、小了高頻時對地阻抗。對于IGBT模塊,為了有效抑制快速關(guān)斷時的尖峰電壓,本變頻器采用了IGBT緩沖電路(如圖7-3所示)。因而本變頻器具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。 在控制電路部分,本系列變頻器主要對核心電路,如PCB控制板等,采用了四層布線技術(shù)(如圖7-4所示),控制電源和控制地各占一層,主要信號線匯集在板中央,盡量縮小信號線與信號回路線所形成的環(huán)路面積。通過采用大量電源解耦電容,光耦隔離器等,合理布局,正確接地,有效減小了公共阻抗耦合、輻射和串?dāng)_,從而使整個系統(tǒng)運行更穩(wěn)定。7-4 多層電路板設(shè)計7.2結(jié)構(gòu)設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計上,本系列變頻器主要考慮到降低變頻器電力電子器件對其它外部設(shè)備的干擾性,在設(shè)計時充分
4、注意了EMC的區(qū)域原則把不同的設(shè)備規(guī)劃在不同的區(qū)域中,在空間上用金屬殼或在柜體內(nèi)用接地隔板隔離,達(dá)到屏蔽目的。圖7-5 結(jié)構(gòu)設(shè)計中EMC區(qū)域規(guī)劃7.3軟件設(shè)計采用硬件抗干擾措施,可以大大提高系統(tǒng)工作的可靠性,但并不是所有的干擾或系統(tǒng)出現(xiàn)的故障通過硬件措施得到完整的解決。為此,在系統(tǒng)設(shè)計中,需要采用軟件抗干擾技術(shù),以彌補(bǔ)硬件抗干擾的不足或無法解決的問題。Ø 自檢程序:對直流母線電壓,直流電流,交流電流,溫度等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行故障檢查和診斷,提高控制系統(tǒng)可靠性。Ø 軟件冗余:對條件控制,克服一次采樣、處理和控制,采用循環(huán)采樣、處理和控制,對慣性較大的控制系統(tǒng)具有良好的抗偶然因素干擾
5、作用。Ø 數(shù)字濾波:在硬件設(shè)計上,采用有源濾波或無源濾波,可有效抑制進(jìn)入變頻器內(nèi)部的干擾信號,但硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本增加。為此在程序設(shè)計中,可采用算術(shù)平均值,累加積分等數(shù)字濾波技術(shù)達(dá)到同樣效果。7.4工程應(yīng)用當(dāng)各種工廠和設(shè)備采用變頻調(diào)速時,在變頻器的電源側(cè)和電機(jī)側(cè)都會產(chǎn)生諧波干擾,對供電電網(wǎng)和變頻器周圍的其它電氣設(shè)備要產(chǎn)生電磁干擾。7.4.1變頻器與電網(wǎng)間接線: Ø 變頻器若要長電纜運行時,此時應(yīng)該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響,避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一、兩檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。Ø 對于通過線路傳播的干擾信號(傳導(dǎo)干擾),主要通
6、過增大線路在干擾頻率下的阻抗來消弱。可串聯(lián)交流電抗器ACL(參見第八章選件/附件),用于降低由變頻器產(chǎn)生的諧波,同時也可用于增加電源阻抗,幫助吸收附近設(shè)備投入工作時產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰。Ø 對于通過輻射來傳播的干擾信號(輻射干擾),主要通過吸收的方法來消弱。如運用無線電噪聲濾波器NF,以減少從變頻器來的傳導(dǎo)性和發(fā)射性干擾。為得到最佳性能,在濾波器和金屬安裝板之間必須有良好導(dǎo)電性的接線。在使用無線電噪聲濾波器NF時,應(yīng)注意濾波器的正確使用,并將無線電噪聲濾波器NF串接在交流電抗器ACL和變頻器之間。7.4.2變頻器與電機(jī)間接線:n 在變頻器的輸出側(cè)和電動機(jī)之間,串入濾波電抗
7、器,可以消弱輸出電流中的諧波部分,此法非但起到了抗干擾作用,還消弱了電動機(jī)中由于諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩,改善了電動機(jī)的運行特性。n 在變頻器的輸出側(cè),絕對不允許用電容吸收器來吸收諧波電流,因為在逆變管導(dǎo)通瞬間,會出現(xiàn)峰值很大的充電電流或放電電流,使逆變管損壞。n 電機(jī)電纜應(yīng)獨立于其它電纜走線,其最小距離為500mm。同時應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長距離平行走線,這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。n 對于高頻干擾,如果高頻噪聲電流Is 有一條正確的通道,則高頻噪聲是可以得到抑的。如果使用非屏蔽電機(jī)電纜,則高頻噪聲電流Is 以一個不確定的路線流回變頻器,并在此回路中產(chǎn)生高頻分量壓降
8、,影響其它設(shè)備。為使高頻噪聲電流Is 能沿確定路線流回變頻器,需要采用屏蔽電機(jī)電纜。電纜屏蔽層必須連接到變頻器外殼和電機(jī)外殼上。當(dāng)高頻噪聲電流Is 必須流回變頻器時,屏蔽層形成一條最有效的通道。7.4.3變頻器內(nèi)部接線:Ø 在使用輸出繼電器控制接觸器時,為了確保接觸器被抑流,對于交流接觸器可采用R-C 吸收器,對于直流接觸器可采用“自振蕩”二極管,反向并聯(lián)到線圈上。也可以用壓敏電阻吸收器。Ø 變頻器內(nèi)所有設(shè)備應(yīng)通過短、粗的接地電纜連接到星形中點或匯流排而良好接地。連接到變頻器上的任何控制設(shè)備也必須同樣通過短、粗的連線接到相同的地線或星形中點。最好用平導(dǎo)體(如金屬排等),因為
9、它們在高頻下具有更低的阻抗。7.4.4控制回路接線:Ø 控制電纜最好使用屏蔽電纜:模擬信號的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線,獨立走線,以減少線間的耦合。低壓數(shù)字信號線也應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線或使用單屏蔽的雙絞線。信號電纜的屏蔽一定要在兩端接地。Ø 如果控制電纜和電源電纜交叉,則盡可能使它們按90度角交叉。同時必須用合適的夾子將電機(jī)電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。并盡可能多地用隔離的線槽將控制電纜與電源邊線隔離。7.3.5儀器儀表接線:電源隔離法.變頻器輸入側(cè)的諧波電流常常從電源側(cè)進(jìn)入各種儀器,成為許多儀器的干擾源,針對這種情況,應(yīng)在受干擾儀器的電源側(cè)采取有效的措施,方法之一是接入隔離變壓器。隔離變壓器的特點是一、二次繞組的匝數(shù)相等,但一、二次側(cè)
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