符合EMC要求的安装方案优化

以上描述了有关变频器的EMC的基本原理，包括干扰源、潜在受扰设备、各类干扰耦合方式以及抑制干扰的一些基本措施。

基于上述基本原理，接下来将介绍符合EMC规范的电柜及驱动系统的设计安装规范。并以S120装置及柜机为例，介绍实际应用中如何满足这些规范的要求。

1.变频器柜内的区域概念

在变频器柜内实现抑制干扰最有效的方法就是干扰源与敏感设备独立安装，这是在设计规划初期时必须考虑的。

首先，要确定所采用的设备是作为干扰源还是敏感设备：

1）典型干扰源包括变频器、制动单元、开关电源以及接触器线包等；

2）典型敏感设备包括自动化设备、编码器、传感器及其相关的电子设备。

变频柜/驱动系统分为不同的EMC区域，如图4-26所示。

在每个区域内，干扰发射和干扰抑制必须达到相关要求。不同区域之间必须是电磁解耦合的。可通过调整区域之间的间隔实现（最小间隔不低于25cm）。然而，采用最大接触面的隔离金属框架或隔离板是比较好而又紧凑的方法，区域内可不使用屏蔽电缆。连接不同区域的电缆必须隔离，且不允许在同一电缆槽内走线。必要情况下，区域间的接口应采用滤波器或耦合模块。采用带电气隔离的耦合模块可以非常有效地防止干扰在区域间传递。柜间的所有通信与信号电缆必须采用屏蔽的。对于较长的传输电缆，必须采用隔离放大器。必须留有足够的空间用于连接电缆屏蔽层，电缆屏蔽层必须具有良好的导电性和较大接触面并连接至柜体接地。需注意的是不同区域之间的接地点电位要保持一致，以防止电位差产生的较高补偿电流流过电缆屏蔽层造成干扰。

2.变频器柜体结构

1）变频器柜所有金属组件（侧板、背板、顶板及底板）必须通过较大接触面或多点螺栓连接（也就是法拉第笼）至柜体框架；

2）除保护性接地外，通过适用于高频干扰电流的低阻抗金属将柜体框架多点连接至基础接地网（网状接地网络）。在“变频驱动时电动机侧的轴电流分析”中详细描述了接地网络的连接；

3）柜门必须通过具有优良电导率的较短的扁平编织电缆进行连接，理想的连接位置为顶部、中部和底部；

4）PE母排和EMC屏蔽母排必须通过大接触面连接至柜体框架；

5）柜内所有变频器及其辅助组件（装置型，进线滤波器，控制单元，I/O模块或传感器模块）的金属机壳必须通过大接触面连接至柜体框架。可将设备与辅助组件安装在具有良好电导率的裸露金属安装底板上。此时，安装底板必须通过大接触面连接至PE和EMC屏蔽母排。对于水冷系统，循环冷却单元的所有金属管道和金属组件通过优良电导率的导体连接至柜体框架和PE母排。

图4-26 变频柜/驱动系统分为不同的EMC区域

6）所有连接需紧固连接。在涂层或电镀处理的金属组件上使用螺栓连接必须清除涂层或使用爪垫，使之具有良好的金属接触；

7）接触器线圈、继电器、电磁阀以及电动机抱闸装置必须安装干扰抑制器（RC吸收电路，交流线圈采用的吸收电阻以及直流线圈采用的续流二极管），当触点打开时以减小高频辐射。

3.变频器柜内的电缆

1）驱动器中的所有动力电缆（进线供电电缆、直流母线电缆、制动单元与制动电阻间的电缆以及电动机电缆）必须与信号和数据电缆独立走线。最小距离不低于25cm。在空间距离不够的情况下，在变频器柜内可采用具有优良电导率的隔板连接安装背板以实现解耦；

2）对于连接至滤波器的低干扰等级进线电缆（即供电系统与进线滤波器之间的电缆）必须与非滤波处理的较高干扰等级的动力电缆（滤波器与整流器之间的进线电缆，直流母线电缆、制动单元与制动电阻间的电缆以及电动机电缆）分开独立走线。

滤波器前后的电缆走线如图4-27所示。

3）信号和数据电缆以及滤波后的进线供电电缆与非滤波动力电缆尽量垂直走线以减小耦合干扰；

4）电缆长度最小化（避免采用多余长度的电缆）；

5）所有电缆必须尽可能靠近接地的机壳组件，诸如安装板或柜体框架。通过这种方式可大大减小辐射干扰和耦合干扰；

图4-27 滤波器前后的电缆走线

6）信号与数据电缆连同相关的等电位连接电缆，须尽可能短距离并行走线；

7）同一区域内采用非屏蔽单芯电缆时，进线和出线须尽可能短距离并行走线或双绞走线；

8）信号与数据电缆中的备用线必须双端接地以形成附加的屏蔽效果；

9）信号与数据电缆应仅在一点进入柜体（比如从柜底进出）。

4.变频器柜外电缆

1）所有动力电缆（进线供电电缆、直流母线电缆、制动单元与制动电阻之间的电缆及电动机电缆）必须与信号电缆分开走线。其间隔不低于25cm；

2）变频器与电动机之间的动力线必须采用屏蔽电缆，以满足EN 61800-3所规定的C2/C3类别的电磁兼容性。对于更高功率输出的情况，最好采用对称配置的电缆。带有对称配置的3芯相线L1、L2及L3，并内置对称3芯PE线的电缆是理想选择；

3）屏蔽的动力电缆必须与电动机温度传感器（PTC/KTY）以及编码器的信号电缆分开走线；

4）信号与数据必须采用屏蔽电缆传输，以有效抑制容性耦合、感性耦合以及辐射耦合的干扰；(www.xing528.com)

5）特别是易受干扰的信号电缆，比如给定与实际值电缆，诸如测速发电机、编码器及旋转变压器等信号电缆屏蔽必须采用双端可靠接地，且屏蔽层不能中断。

5.电缆屏蔽

1）理想的屏蔽电缆应为编织双绞电缆，比如Prysmian生产的PROTOFLEX EMV2YSLCY-J/2XSLCY-J。非编织电缆比如同轴电缆，Protodur NCYWY屏蔽效果差些。而铠装屏蔽电缆效果最差，不宜采用。

2）屏蔽层必须通过优良电导率和较大接触面双端接地，可有效抑制容性/感性/辐射耦合的干扰。

3）在电缆一进入柜体，就立即将屏蔽层连接到大地上。对于动力电缆，需连接到EMC屏蔽母排上。对于信号与数据电缆，应该采用变频柜内核装置上提供的可选屏蔽连接排。

4）不能因为采用了过渡端子而使电缆屏蔽中断。

5）动力电缆与信号和数据电缆的屏蔽层应通过合适的EMC屏蔽夹以优良电导率和最大截面连接到EMC屏蔽母排或屏蔽连接选件上。

6）对于接插式屏蔽数据电缆（比如PROFIBUS电缆）应采用外壳为金属或金属连接头的设备。

屏蔽层连接的样例如图4-28所示。

图4-28 屏蔽层连接的样例

6.变频器柜、驱动系统以及工厂的等电位连接

1）变频器柜内的等电位连接通过安装板（背板），将所有变频器机壳及其辅助组件（比如装置型变频器、线路滤波器、控制单元、端子模块、传感器模块等）连接起来。同时，安装板（背板）必须通过优良电导率和最大截面连接到柜内PE或EMC母排上。对于水冷系统，循环冷却系统中所有的金属管道及金属组件必须通过优良电导率和最大截面连接到柜内PE或EMC母排上。

2）柜机内设备间等电位连接到PE母排上，对于大功率输出的SINAMICS S120柜机，PE母排贯通全部柜体。另外，每个柜体内设备的框架必须通过特制接触垫片以高电导率多点螺栓紧固。若长排的柜体分为两组背靠背连接，柜体组的两个PE母排必须连接在一起。

安装板的连接方式如图4-29所示。

3）工厂与驱动系统内的等电位连接通过将所有电气和机械驱动组件（变压器、变频器柜、电动机、齿轮箱、驱动机械、水冷系统中的管道和循环冷却单元等）连接到接地系统中来实现。此类连接通过标准的高功率PE电缆实现，而此类PE电缆无需特殊高频特性。另外，考虑到高频干扰因素，逆变器（高频干扰源）和驱动系统中的所有其它组件（电动机、齿轮箱、驱动机械等）必须互连，采用的电缆必须具有高频特性。

图4-30中解释了若干个SINAMICS S120柜机典型的接地及高频等电位连接安装样例。

图4-29 安装板的连接方式

图4-30 接地及高频等电位连接

[0]表明的接地连接为驱动组件中的传统接地系统。采用了标准高功率PE导体，不具备高频特性，仅保证低频等电位连接，以及防护接地。

在SINAMICS S120柜[1]中连接提供了柜内的装置型组件的金属机壳与柜内PE母排和EMC母排间的紧固连接。这些内部连接采用柜内非绝缘金属组件以最大面积实现。在样例中，接触面是裸露金属，接触面积不小于若干平方厘米。替代方案就是采用短的编织双绞铜质电缆以截面积（≥95mm²）进行连接。

图中以[2]标注了电动机电缆的屏蔽，提供了逆变单元与电动机端子盒之间的高频等电位连接。对于系统采用非屏蔽电缆，或者较差的高频特性的屏蔽电缆，亦或较差的接地的情况，要采用编织双绞铜质电缆并行且尽可能地靠近电动机电缆安装。

[3]、[4]与[5]所表明的连接提供了电动机端子盒与电动机机壳、齿轮箱/驱动机械与电动机机壳和传动机之间的连接方式。若电动机的端子盒和机壳之间采用了传导性高频连接，亦或电动机，齿轮箱以及驱动设备相邻很近，并且通过裸露金属结构，比如金属机械台，以最大面积连接，就没有必要采用此类连接方式。

点划线[6]的连接提供了柜体框架与基础接地之间通过采用编织双绞铜质电缆的连接方式，连接截面积≥95mm²。

7.工厂侧在电缆桥架上和电缆槽内的符合EMC的电缆走线

电缆走线示意图如图4-31所示。

图4-31 电缆走线示意图

图4-32 电缆捆扎示意图

1）在3相系统中采用单芯电缆（比如非屏蔽供电连接电缆）时，3相线（L1、L2和L3）必须对称捆扎在一起，以减小漏磁场。对于输出较大电流而每相采用多根电缆并联的情况下，3相对称捆扎布线非常重要。图4-32中以3相系统中每相两根电缆并联布线为示例。

2）对于变频器与对应电动机间需采用多根3相电动机电缆并联时，确保3相系统中的所有相在同一根电动机电缆内，以减小漏磁场。图4-33中以3根屏蔽的3相电动机电缆并联布线为示例。

3）对于直流电缆（直流母线电缆，或制动单元与对应制动电阻间的连接）布线，出线与进线必须以尽可能小的间隔并行走线，以减小漏磁场的影响。