變頻器通過(guò)國(guó)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐與思考

0.引言

隨著國(guó)內(nèi)變頻器產(chǎn)品日趨成熟，在工業(yè)設(shè)備節(jié)能和工藝調(diào)速方面越來(lái)越發(fā)揮了巨大的作用。變頻器帶載運(yùn)行時(shí)，在電源側(cè)和電機(jī)側(cè)均會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾。同時(shí)，在其運(yùn)行的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)也存在著由于使用各類電力電子設(shè)備所帶來(lái)的較高的電磁干擾。電磁兼容問(wèn)題解決的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)能否可靠、穩(wěn)定運(yùn)行【1】。國(guó)內(nèi)變頻器廠家在逐鹿本土市場(chǎng)的同時(shí)，已逐步具備競(jìng)爭(zhēng)海外市場(chǎng)的實(shí)力。對(duì)不同國(guó)家及地區(qū)而言，變頻器產(chǎn)品通過(guò)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)及準(zhǔn)入要求是進(jìn)入其市場(chǎng)的必要條件?；诖?，本文在分析變頻調(diào)速器設(shè)計(jì)及應(yīng)用中存在的電磁干擾問(wèn)題基礎(chǔ)上，探討變頻器產(chǎn)品通過(guò)國(guó)外認(rèn)證需要注意的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試問(wèn)題，指出了國(guó)內(nèi)電磁兼容專業(yè)人才培養(yǎng)、測(cè)試、認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室存在的不足。

1. 變頻器中的電磁兼容問(wèn)題

1.1 輸入側(cè)的高次諧波

目前的低壓變頻器產(chǎn)品中，輸入側(cè)均采用二極管不控整流方案，非線性不控整流器在工作中會(huì)帶來(lái)高次諧波的干

擾【2】。以圖1 所示的變頻器主電路進(jìn)行分析。圖中給出了交-直-交電壓型逆變器，工頻電源通過(guò)三相不控整流給電解

電容充電，可已知道，輸入電流波形發(fā)生了嚴(yán)重的畸變?；兇螖?shù)與量值和整流形式有很大關(guān)系。一般整流脈波次數(shù)越高，高次諧波對(duì)電源的污染越小。表1給出了變頻器整流脈波次數(shù)對(duì)電源污染的比較。

圖1.低壓變頻器主電路

表1.不同脈波整流比較

在處理變頻器電磁兼容的問(wèn)題中，常常將高次諧波和高頻干擾混淆。變頻器輸出側(cè)的高頻干擾是由輸出側(cè)逆變器的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)形成的。干擾的高低與PWM調(diào)試方式和開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)。表2中給出了干擾和高次諧波的對(duì)比。

表2.干擾和高次諧波的不同點(diǎn)

1.2 干擾的種類

形成電磁干擾必須具備三個(gè)基本要素：電磁干擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備。通過(guò)了解電磁干擾的種類可以有針對(duì)性的抑制或消除電磁干擾。根據(jù)電磁干擾的耦合途徑可以將干擾分為：傳導(dǎo)耦合、感應(yīng)耦合、輻射耦合及其它類型干擾。

1) 傳導(dǎo)耦合

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電磁干擾通過(guò)與其相連的導(dǎo)線(如電源線、信號(hào)線、接地線)進(jìn)行直接耦合，見(jiàn)圖2所示。

圖2 變頻調(diào)速系統(tǒng)傳導(dǎo)耦合途徑

2)感應(yīng)耦合

在干擾源的頻率較低時(shí), 其電磁波輻射能力有限。

此時(shí), 干擾源的電磁干擾能量可以使不與干擾源直接相連的鄰近的導(dǎo)線或?qū)w中產(chǎn)生感應(yīng)電壓或電流, 形成感應(yīng)耦合

現(xiàn)象。在變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中, 感應(yīng)耦合主要表現(xiàn)為鄰近導(dǎo)體間的電感耦合或電容耦合或兼而有之, 這與干擾源的頻

率以及相鄰導(dǎo)體間的距離等因素有關(guān)，見(jiàn)圖3，圖4所示。

圖3 變頻調(diào)速系統(tǒng)電感感應(yīng)耦合途徑

圖4 變頻調(diào)速系統(tǒng)電容感應(yīng)耦合途徑

3)輻射耦合

變頻器內(nèi)產(chǎn)生的干擾，以輸入側(cè)或輸出側(cè)的電纜為天線向空中發(fā)散，對(duì)外圍器件產(chǎn)生影響的干擾就是輻射干擾。輻射干擾不僅限于電纜，電機(jī)的機(jī)殼或變頻器的控制柜都有可能成為天線，見(jiàn)圖5所示。

圖5 變頻調(diào)速系統(tǒng)輻射耦合途徑

4)其它類型干擾

除了前面提到的幾類干擾，常見(jiàn)的干擾還有，電源快速瞬變干擾、雷電干擾、無(wú)線電射頻干擾、電壓跌落與中斷

等。本文不展開(kāi)詳述。

2. CE認(rèn)證中的電磁兼容

前面提到了通過(guò)指定電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)內(nèi)變頻器進(jìn)軍海外市場(chǎng)時(shí)的必備條件。下面以歐盟市場(chǎng)為例進(jìn)行介紹。

2.1 CE 認(rèn)證

CE 是歐盟許多國(guó)家語(yǔ)種中“歐共體”這一詞組的縮寫，原來(lái)用英語(yǔ)詞組EUROPEAN COMMUNITY 縮寫為EC,因歐盟在法文是COMMUNATE EUROPEIA, 所以稱為CE認(rèn)證。CE認(rèn)證具有如下特點(diǎn)：

1)強(qiáng)制性(對(duì)于買到歐盟的產(chǎn)品必須通過(guò));

2)EMC+LVD (滿足電磁兼容和低電壓指令，不同產(chǎn)品遵循不同的標(biāo)準(zhǔn));

3)不要工廠審查(美國(guó)的UL認(rèn)證有定期的工廠審查);

4)證書沒(méi)有有效期;

5)可以采用自我宣稱或第三方認(rèn)證方式獲得通過(guò);

6)認(rèn)證通過(guò)后的標(biāo)志可以等比例縮放，但高度不能小于5mm ;

2.2 變頻器產(chǎn)品CE認(rèn)證方式及步驟

CE 認(rèn)證的要求是以指令(Directive)的形式發(fā)布要求。就變頻器產(chǎn)品而言指令如下：

EMC DIRECTIVE 89/336/EEC (2004/108/EC);LVD DIRECTIVE 73/23/EEC;上面介紹了通過(guò)CE認(rèn)證的兩種方式，

表3 給出了兩種方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

表3 不同認(rèn)證方式對(duì)照表

在選定了認(rèn)證方式后，CE認(rèn)證所執(zhí)行的檢驗(yàn)步驟如下:

第一步：執(zhí)行樣品檢驗(yàn)

第二步：建立“技術(shù)檔案”;

第三步：實(shí)施量產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量保證制度;

第四步：簽署“CE保證申明”;

第五步：使用CE標(biāo)識(shí);

在執(zhí)行上述檢驗(yàn)步驟中，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)產(chǎn)品中的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，直至全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 變頻器產(chǎn)品CE認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試設(shè)備

就低壓變頻器而言，CE認(rèn)證中需要遵循的EMC標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。從所列標(biāo)準(zhǔn)中可以看出，內(nèi)容含蓋了1.2節(jié)中提到的對(duì)于變頻器系統(tǒng)中出現(xiàn)的所有干擾所需滿足的要求。在實(shí)際的設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)過(guò)程中需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中提出的指標(biāo)進(jìn)行仔細(xì)理解消化。下表5中給出了常用的測(cè)試設(shè)備及參考型號(hào)。

表4.變頻器CE認(rèn)證中的EMC標(biāo)準(zhǔn)