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变频器的干扰与处理

发布日期:2020-03-02      点击:184

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

因此,EMC包括两个方面的要求,一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。

在国际电工委员会标准IEC中,对电磁兼容EMC(ElectromagneticCompatibility)的定义为系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不会对其他系统和设备造成干扰。

EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部分,所谓EMI电磁干扰,是机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS则是指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

各种电气或电子设备在电磁环境复杂的共同空间中,以规定的安全系数满足设计要求的正常工作能力。也称电磁兼容性。

它的含义包括:

电子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾。

电子系统或设备在自然界电磁环境中能按照设计要求正常工作。

EMC在我们生活、工业设备等等是非常普遍的,可以说是无处不在,例如我们在打电话时如果附近有手机在接收短信时,听筒会出现嗞啦嗞啦的噪音,这就是常见的EMC现象。还有日常使用的微波炉,在前面板和外壳必须使用电磁屏蔽,自然界中的闪电,人手上的静电等等这些都是常见的EMC现象。

另外,在工业现场中,变频器、整流器、电焊机等设备对PLC的干扰,步话机对其它设备的干扰等等。

1. 电磁兼容的三要素

系统要发生电磁兼容性问题,必须存在三个因素,即电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。所以,在遇到电磁兼容问题时,要从这三个因素入手,找到造成干扰的根本原因,在工程实践中,往往要采取多种措施,才能解决电磁兼容问题。

电磁干扰源

电磁干扰源分为自然的和人为的两种。

自然干扰源主要包括大气中发生的各种现象,如雷电等产生的噪声。自然干扰源还包括来自太阳和外层空间的宇宙噪声,如太阳噪声、星际噪声、银河噪声等。

人为干扰源是多种多样的,如电铃、气体整流器、手机、电热器、步话机、软起动器、变频器、伺服、整流器、接触器、中间继电器、开关、荧光灯、发动机点火系统、电弧焊接机、可控硅、逆变器、电晕放电、各种工业、科学和医用高频设备、电气铁道引起的噪声以及由核爆炸产生的核电磁脉冲等。

耦合途径

即传输电磁干扰的通路或媒介。电磁干扰传播途径一般也分为两种:即传导耦合方式和辐射耦合方式。耦合途径的详细划分如图1所示。

耦合途径

图 1电磁干扰的耦合途径划分

1)传导耦合

传导耦合是干扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一。

传导耦合必须在干扰源与敏感设备之间存在有完整的电路连接,电磁干扰沿着这一连接电路从干扰源传输电磁干扰至敏感设备,产生电磁干扰。

传导耦合的连接电路包括互连导线、电源线、信号线、接地导体、设备的导电构件、公共阻抗、电路元器件等。

传导耦合按其耦合方式可以划分为三种基本方式:

电路性耦合

电容性耦合

电感性耦合

实际工程中,这三种耦合方式同时存在、互相联系。

其中:电路性耦合是常见、简单的传导耦合方式。简单的电路性传导耦合模型如图2所示。

图 2电路性传导耦合的一般形式

 

当电路1有电压U1作用时,该电压经Z1加到公共阻抗Z12上。当电路2开路时,电路1耦合到电路2的电压为

  当两个电路的电流流经一个公共阻抗时,一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路,这就是共阻抗耦合,通过公共地线阻抗的耦合如图3所示,对于这种耦合应把接地线尽量缩短和加粗,降低公共地线阻抗。

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多个接地点因为对地阻抗不同将产生干扰电压,解决这个问题的办法是采用一点接地,多个变频器的一点接地示意图如图4所示。

图 4多个变频器的一点接地示意图

阻抗干扰的解决方法:

让两个电流回路或系统彼此无关。信号相互独立,避免电路的连接,以避免形成电路性耦合。 

限制耦合阻抗,使耦合阻抗愈低愈好,当耦合阻抗趋于零时,称为电路去耦。为使耦合阻抗小,必须使导线电阻和导线电感都尽可能小。 

电路去耦:即各个不同的电流回路之间仅在一点作电的连接,在这一点就不可能流过电路性干扰电流,于是达到电流回路间电路去耦的目的。 

隔离:电平相差悬殊的相关系统(比如信号传输设备和大功率电气设备之间),常采用隔离技术。

2)电容耦合

容性耦合(The Capacitive Coupling)也称为电耦合,它是由两电路间的电场相互作用所引起。一对平行导线所构成的两电路间的电容性耦合模型及其等效电路如图5所示。

Un的等效公式如下:

当如果R为低阻抗,且满足

那么,以上公式可简化为

UN≈jωC12RU1

电容性耦合的干扰作用相当于在导体2与地之间连接了一个幅度为In=jωC12U1的电流源。

此公式是描述两导体之间电容性耦合的最重要的公式,它清楚地表明了拾取(耦合)的电压依赖于相关参数。

假定干扰源的电压U1和工作频率f不能改变,这样只留下两个减小电容性耦合的参数C12和R。

减小耦合电容的方法:

干扰源系统的电气参数应使电压变化幅度和变化率尽可能地小;

被干扰系统应尽可能设计成低阻; 

两个系统的耦合部分的布置应使耦合电容尽量小。例如电线、电缆系统,则应使其间距尽量大,导线尽量短,并且要避免平行走线; 

可对干扰源的干扰对象进行电气屏蔽,屏蔽的目的在于切断干扰源的导体表面和干扰对象的导体表面之间的电力线通路,使耦合电容变小。

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