变频器EMC规则优化策略

1.EMC 的概念

EMC 即“电磁兼容性”，它是指电气设备在电磁环境中能保持良好的工作能力，并且不能产生其他设备所不能接受的电磁干扰。

虽然变频器具有很多优点，但也可能引起一些问题，如产生对电源形成干扰的高次谐波、功率因数降低、无线电干扰、噪声和振动等。为了避免发生这些问题，变频器在安装调试时必须要有一定的规范，变频器在使用过程中，除了日常的维护和检查，还应注意变频器的保护与故障的及时处理。

自动化与驱动产品主要包括PLC、数控系统、变频器、低压电器、工控仪表等，在这些产品中，每种产品都有自己的电磁兼容标准，所以在工控系统中对每种产品的电磁兼容的要求也不相同。例如，传动系统的抗干扰性较强，但它是一个主要的干扰源。然而对于仪表，它产生的干扰信号较小，在系统设计时应主要考虑它的抗干扰性。在电动机的各种调速方式中，变频调速传动占有极其重要的地位，有强大的生命力。这类传动系统具有回路简单、功率因数高、输出谐波小、启动平稳、调速范围宽等优点。变频器大多运行在恶劣的电磁环境中，且作为电力电子设备，内部由电子元器件、微处理芯片等组成，会受到外界的电磁干扰。另外，变频器的输入和输出侧的电压、电流含有丰富的高次谐波。当变频器运行时，既要防止外界的电磁干扰，又要防止变频器干扰外界其他设备，即所谓的电磁兼容性。

国际电工委员会（IEC）对电磁兼容性的定义是“电磁兼容性是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能而不产生不能容忍的干扰”。我国最近颁布的“电磁兼容性”国家标准中，对电磁兼容性做出如下定义： “设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰”。显然电磁兼容性含有双重含义： 抗干扰性和干扰性。

目前，随着我国经济的发展和科技的进步，工控设备的使用越来越广泛。特别是涉及大的控制系统，例如控制系统既有PLC、数控系统和变频器，又有仪表时，如果在系统设计和安装时，没有充分考虑电磁兼容的问题，小则造成设备不能稳定运行，大则造成设备的损坏。EMC 的一条准则是“预防是最有效的、最经济的方案”，所以EMC 已成为电气系统设计时必须重视的问题。

当各种设备采用变频调速时，在变频器的电源侧和电动机侧都会产生谐波干扰，进而对供电电网和变频器周围的其他电气设备产生EMC 干扰。另外，为了确保变频器长期可靠的运行，变频器的接线是非常重要的。

2.噪声发射和抗扰度

EMC 决定于与电气设备有关的两个特性——噪声发射和抗扰度。规定噪声发射和抗扰度的极限值取决于电气设备应用时所处的环境，一般分为第一类环境（民用环境）和第二类环境（工业环境）。在民用环境中，当电气设备接至公共电源系统时对噪声发射具有严格规定，但可以要求有较低的抗扰度； 相反，在工业环境中，对电气设备的抗扰度要求很高，但对噪声发射要求却较低。

如果电气设备是系统的一个组成部分，它不要求一开始就满足有关发射和抗扰度的任何要求，但是整个系统必须符合相关电磁兼容的要求。一般来说，电气设备必须同时具有对高频干扰和低频干扰的抑制能力。其中高频干扰主要包括静电放电（ESD）、脉冲干扰和发射性频率的电磁场等； 而低频干扰主要是指电源电压波动、欠压和频率不稳定等。

3.变频器及其电磁兼容性

变频器通常运行在一个可能存在较高电磁干扰（EMI）的工业环境中，此时它既是噪声发射源，又可能是噪声接收器。(www.xing528.com)

1）变频器作为噪声发射源

寄生电容Cp存在于电机电缆和电机内部，因此变频器的SPWM 输出电压通过寄生电容产生一个高频脉冲噪声电流Is，使变频器成为一个噪声源。由于噪声电流Is的源是变频器，因此它一定要流回变频器。噪声电流流过动力电缆时与大地之间的阻抗所造成的电压降，将影响到同一电网上的其他设备，造成干扰。此外，变频器的整流部分也会产生低频谐波，导致电网电压产生畸变。当电网的短路阻抗小于1％时，建议加进线电抗器来抑制低频干扰。

如果高频噪声电流Is有一条正确的通道，则高频噪声是可以得到抑制的。如果使用非屏蔽电机电缆，则高频噪声电流Is以一个不确定的路线流回变频器，并在此回路中产生高频分量压降，影响其他设备。为使高频噪声电流Is能沿确定路线流回变频器，需要采用屏蔽电机电缆。电缆屏蔽层必须连接到变频器外壳和电机外壳上。当高频噪声电流Is必须流回变频器时，屏蔽层形成一条最有效的通道。

2）变频器作为噪声接收器

变频器作为噪声接收器时，高频噪声电流Is可以通过电势和耦合电容进入变频器并且在阻抗Zi上产生一个压降，导致扰动噪声。为此最有效的方法是严格隔离噪声源和信号电缆，且信号电缆的屏蔽层一定要在两端接地。

4.减小EMC 影响的措施

通常好的安装经验可以确保变频器安全和无故障运行。如果遇到问题，请参考以下的建议及相关措施。

（1）确保传动柜中的所有设备接地良好，使用短且粗的接地线连接到公共接地点或接地母排上。特别重要的是，连接到变频器的任何控制设备（比如一台PLC）要与其共地，同样也要使用短且粗的导线接地。最好采用扁平导体（例如金属网）接地，因为其在高频时阻抗较低。

（2）安装变频器时，建议安装板使用无漆镀锌钢板，以确保变频器的散热器和安装板之间有良好的电气连接。

（3）为有效地抑制电磁波的辐射和传导，变频器的电机电缆必须采用屏蔽电缆，屏蔽层的电导必须至少为每相导线芯的电导的1/10。