設(shè)計(jì)變頻器控制系統(tǒng)時(shí)如何解決電磁干擾

控制VFD的排放非常具有挑戰(zhàn)性。VFD效率是以EMI性能為代價(jià)的。試圖控制VFD驅(qū)動(dòng)器的EMI性能通常會(huì)降低效率并增加發(fā)熱量。將過(guò)濾器組件放置在輸出上可能會(huì)影響操作。放置過(guò)多的電容或電感會(huì)改變電壓 - 電流關(guān)系并影響電機(jī)運(yùn)行。這可能使其無(wú)效或產(chǎn)生過(guò)多熱量并過(guò)早損壞或破壞固態(tài)驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)。大多數(shù)情況下，過(guò)濾和屏蔽電纜的組合是必要的。諸如切換驅(qū)動(dòng)頻率的其他方法可以將產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)移到它們滿足期望極限的位置。

VFD的副產(chǎn)品是電磁（EM）輻射。在許多工業(yè)應(yīng)用中，典型的EM輻射量導(dǎo)致其他設(shè)備的問(wèn)題很少; 然而，在諸如HVAC的美國(guó)商業(yè)應(yīng)用中，EMC（電磁兼容性）水平由FCC（聯(lián)邦通信委員會(huì)）的第15部分規(guī)定。根據(jù)IEC 61800-3，歐盟已針對(duì)大多數(shù)環(huán)境（包括工業(yè)）定義了EMC限制。制造商為不同級(jí)別的EMC提供各種解決方案，從具有完全集成濾波器的驅(qū)動(dòng)器到在驅(qū)動(dòng)器與其電源之間串聯(lián)連接的完全獨(dú)立的濾波器。

我想你會(huì)得到兩個(gè)不同的答案，這個(gè)問(wèn)題涉及EMI的輻射和對(duì)EMI的免疫力。我不確定你最感興趣的是什么。兩者都有標(biāo)準(zhǔn)，具體取決于應(yīng)用。歐洲工業(yè)輻射標(biāo)準(zhǔn)比北美標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。美國(guó)的住宅標(biāo)準(zhǔn)是輻射最嚴(yán)格和最難達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。免疫性也會(huì)有所不同，但大多數(shù)基礎(chǔ)VFD的設(shè)計(jì)都具有相當(dāng)?shù)膹椥?，就EMI抗擾性而言。從我的角度來(lái)看，VFD安裝的最大問(wèn)題是布線EMI輻射。必須非常小心，確保電源線與控制線分離或絕緣。存在世界各地的標(biāo)準(zhǔn)以防止干擾問(wèn)題，但即使過(guò)于謹(jǐn)慎，謹(jǐn)慎也是合理的。電纜會(huì)輻射，控制線如果在附近就會(huì)撿起來(lái)。這個(gè)問(wèn)題當(dāng)然不是新問(wèn)題，而且有很好的記錄。

電磁干擾（EMI），也稱為電噪聲，是電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生的不需要的信號(hào)。EMI VFD問(wèn)題的范圍可以從損壞的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器損壞。使用IGBT開(kāi)關(guān)進(jìn)行電機(jī)頻率控制的現(xiàn)代VFD由于其高開(kāi)關(guān)速度而非常高效。不幸的是，高速開(kāi)關(guān)還導(dǎo)致產(chǎn)生更高的EMI。典型的噪聲抑制解決方案包括確保所有組件均適當(dāng)接地; 使用屏蔽電源線將變頻器連接到電機(jī)，并正確地將屏蔽連接到驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)接地位置; 使用內(nèi)置或外置EMI濾波器; 使用扭曲控制線路引線提供平衡電容耦合; 并分別運(yùn)行電源和控制接線。

電磁干擾可能是最容易通過(guò)增加系統(tǒng)之間的距離來(lái)緩解。濾波器和鐵氧體磁芯可用于進(jìn)一步協(xié)助此問(wèn)題。

正確或足夠大小的電源是關(guān)鍵，因?yàn)槿绻嫌巫儔浩鲗?duì)于驅(qū)動(dòng)器而言太大，則阻抗將太低而導(dǎo)致許多問(wèn)題。精心設(shè)計(jì)的接地系統(tǒng)有助于減輕噪音。隔離變壓器或輸入線電抗器的使用，以及附圖中所示的EMI和RF濾波器，對(duì)于解決與VFD相關(guān)的干擾至關(guān)重要。隔離變壓器（傳輸噪聲降低10比1）或輸入線路電抗器可減輕電源線干擾，減少交流驅(qū)動(dòng)器引起的電力線諧波，從而影響在同一電源上運(yùn)行的其他設(shè)備。輸入EMI濾波器可降低交流變頻器輸入側(cè)的電磁干擾或噪聲。它們符合CE標(biāo)準(zhǔn)，建議用于易受電磁干擾影響的設(shè)備。當(dāng)安裝在VFD的輸入和/或輸出側(cè)時(shí)，RF濾波器可降低射頻干擾或噪聲。

解決EMI問(wèn)題的最佳方法是應(yīng)用推薦的安裝實(shí)踐。例如，這包括確定EMC區(qū)域，確定使用哪種類型的電纜（屏蔽VFD電纜）以及如何布線（適當(dāng)分離）和接地。只有在使用適當(dāng)?shù)腅MC安裝指南后，我們才建議提供過(guò)濾器和其他干擾抑制措施，以實(shí)現(xiàn)更多抑制。

大多數(shù)的VFD是在驅(qū)動(dòng)器的電磁干擾（EMI），不影響局部的電氣設(shè)備在任何顯著方式的工業(yè)環(huán)境中使用。在敏感環(huán)境中，用戶可能會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)施某種形式的EMI緩解是明智的。EMI分為兩部分; 傳導(dǎo)和輻射噪聲。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器的輸出波形將電機(jī)引線轉(zhuǎn)換為大型天線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生輻射噪聲。這種類型的噪聲會(huì)影響靠近電機(jī)引線的設(shè)備。始終建議最小化電機(jī)引線長(zhǎng)度以限制輻射噪聲。此外，降低驅(qū)動(dòng)器的載波頻率有助于減少輻射噪聲量。為了完全消除輻射噪聲，可以使用鎧裝/屏蔽電纜或接地金屬導(dǎo)管。當(dāng)變壓器為驅(qū)動(dòng)器所需的高頻開(kāi)關(guān)提供電流以產(chǎn)生其輸出波形時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)噪聲。這些高頻電流會(huì)對(duì)同一電源上的設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。降低驅(qū)動(dòng)器的載波頻率會(huì)有所幫助，但需要輸入濾波才能顯著降低這些電流。低成本解決方案包括使用鐵氧體磁芯。

反饋設(shè)備上的電磁干擾（通常稱為“噪聲”）在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中可能非常不利。在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器試圖根據(jù)其接收的反饋來(lái)控制其設(shè)定速度。噪音會(huì)改變您的驅(qū)動(dòng)器所獲得的反饋信號(hào)，并有可能被視為您的設(shè)備將嘗試糾正的移動(dòng)。在大多數(shù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，幾乎沒(méi)有出錯(cuò)的余地。為了最大限度地減少電磁干擾的影響，您應(yīng)確保使用適當(dāng)接地的屏蔽雙絞線電纜作為反饋設(shè)備。另外，請(qǐng)記住，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中電磁干擾的最常見(jiàn)原因是驅(qū)動(dòng)器本身的高壓側(cè)，因此盡量不要將高壓電機(jī)電纜和反饋電纜一起長(zhǎng)距離運(yùn)行。

避免EMI的最佳方法是在面板或機(jī)器設(shè)計(jì)過(guò)程中使用良好的接線衛(wèi)生。接地，電纜屏蔽和“電線連接”等問(wèn)題都非常重要。無(wú)線電濾波器也可用于限制線路上的電源傳導(dǎo)噪聲，這是無(wú)線電噪聲的最壞表現(xiàn)。直接從驅(qū)動(dòng)器輻射的噪聲不是問(wèn)題。

VFD可與EMI / RFI濾波器配對(duì)或可能包含EMI / RFI濾波器。確保遵循制造商對(duì)電機(jī)電纜類型的建議（這通常應(yīng)該是高質(zhì)量的屏蔽電纜）和最大電纜長(zhǎng)度。此外，應(yīng)始終遵守良好的接線規(guī)范，并確保系統(tǒng)正確接地。

來(lái)自VFD的電子干擾可能會(huì)導(dǎo)致安裝驅(qū)動(dòng)器的區(qū)域中的其他設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)其他設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題為了正確操作驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器本身可以通過(guò)各種頻率和幅度產(chǎn)生干擾。這可能會(huì)影響無(wú)線電通信，儀器儀表或其他設(shè)備或設(shè)備。通過(guò)仔細(xì)遵循布線和接地的最佳安裝實(shí)踐，可以大大減少應(yīng)用中出現(xiàn)問(wèn)題的可能性。制造商對(duì)電纜選擇，接地和安裝的建議對(duì)于獲得良好結(jié)果至關(guān)重要。通常，每個(gè)布線類應(yīng)盡可能彼此分開(kāi)。驅(qū)動(dòng)器的輸入和輸出接線不應(yīng)彼此相鄰放置，也應(yīng)與控制電纜分開(kāi)。正確安裝的驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間的屏蔽電纜將有助于保持電纜內(nèi)的噪聲，然后噪聲將具有回到電源的低阻抗路徑。這將大大降低噪聲進(jìn)入其他電纜的可能性，并有助于防止噪聲輻射到空氣中。有時(shí)，來(lái)自VFD的噪聲可能會(huì)返回到AC線路上并對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備造成干擾，或者甚至可能通過(guò)空氣傳播以干擾其他設(shè)備。在這種情況下，應(yīng)用濾波器來(lái)抑制噪聲可能是有用的。一些VFD可以作為過(guò)濾器形式的標(biāo)準(zhǔn)或可選特征提供這種保護(hù)。也可以提供或指定這種類型的電磁干擾/射頻干擾濾波器，并將其應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)器的輸入以減輕噪聲。

大多數(shù)VFD制造商都有兩種類型的EMI：輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射。大多數(shù)VFD制造商都在受保護(hù)和密封的金屬柜或隔間內(nèi)提供控制，這些金屬柜或隔間已經(jīng)過(guò)輻射和對(duì)外部EMI的抗擾度測(cè)試。通常，金屬機(jī)柜設(shè)計(jì)用于限制EMI，并經(jīng)過(guò)測(cè)試，符合各種IEC，IEEE或CE標(biāo)準(zhǔn)，以確定EMI的產(chǎn)生或易受影響。所有VFD都應(yīng)該有一個(gè)證明其EMI等級(jí)的認(rèn)證。對(duì)于通過(guò)電力導(dǎo)線從VFD導(dǎo)出的高頻成分的傳導(dǎo)發(fā)射，標(biāo)準(zhǔn)仍然適用，控制系統(tǒng)旨在限制傳導(dǎo)發(fā)射并進(jìn)行測(cè)試以符合其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。通常，某些類型的濾波器將添加到控制電源連接中，以消除由于來(lái)自控制系統(tǒng)或半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)瞬變的EMI而在線路上出現(xiàn)的任何傳導(dǎo)發(fā)射。這兩種類型的排放的關(guān)鍵是確保VFD的設(shè)計(jì)符合EMI標(biāo)準(zhǔn)，并具有適當(dāng)?shù)?a target="_blank">標(biāo)簽，表明其符合這些標(biāo)準(zhǔn)。
責(zé)任編輯人：CC