田志勇, 張金茍,劉勤波

(1.太原理工大學(xué)，山西　太原　030024；2.洛陽(yáng)源創(chuàng)電氣有限公司，河南　洛陽(yáng)　471031)

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變頻器的EMC測(cè)試分析

田志勇1, 張金茍2,劉勤波2

(1.太原理工大學(xué)，山西太原030024；2.洛陽(yáng)源創(chuàng)電氣有限公司，河南洛陽(yáng)471031)

摘要介紹了電磁干擾(EMI) 的來(lái)源、分類及干擾抑制措施，對(duì)變頻器EMC測(cè)試過(guò)程進(jìn)行了分析。通過(guò)變頻器是否外置EMC濾波器情況下的試驗(yàn)測(cè)試以及對(duì)測(cè)試特性曲線的對(duì)比，可以看出，外置EMC濾波器、屏蔽體及接地措施對(duì)變頻器干擾有較好的抑制作用。

關(guān)鍵詞EMC濾波器；變頻器；干擾；接地；屏蔽體

電磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合運(yùn)行要求并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；另一方面是設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾能力，即電磁敏感性。習(xí)慣上也可以說(shuō)EMC包含EMI(電磁干擾)和EMS(電磁敏感性)，而通常所做的EMC測(cè)試是指EMI測(cè)試，即對(duì)干擾源的測(cè)試。

變頻器由于自身固有的工作特點(diǎn)，自身產(chǎn)生的高頻噪聲形成很強(qiáng)的電磁干擾源，所產(chǎn)生的干擾也會(huì)隨輸出功率的增加而明顯的增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，對(duì)其它電子設(shè)備的穩(wěn)定工作構(gòu)成潛在威脅。本文通過(guò)1臺(tái)四象限500 kW防爆變頻器在無(wú)外置EMC濾波和有外置EMC濾波器下空載運(yùn)行狀態(tài)的EMI測(cè)試(傳導(dǎo)測(cè)試)，并對(duì)比測(cè)試的特性曲線，可以看出，EMC濾波器、接地等措施對(duì)電磁干擾(傳導(dǎo))具有較為理想的抑制作用，滿足國(guó)標(biāo)GB12668的要求；防爆變頻器采用全封閉鋼質(zhì)外殼，外殼本身就是一個(gè)良好的屏蔽體，從測(cè)出的特性曲線來(lái)看，即使不采取粘貼鋁箔加強(qiáng)屏蔽的措施下，其在電磁干擾(輻射)上仍可以達(dá)到理想的抑制作用，同樣滿足國(guó)標(biāo)GB12668的要求。

1電磁干擾來(lái)源及分類

1.1干擾來(lái)源

電磁干擾(EMI)基于物理電磁感應(yīng)原理所產(chǎn)生，大功率開(kāi)關(guān)器件是產(chǎn)生干擾的主要原因，幾千赫茲的開(kāi)關(guān)頻率，使開(kāi)關(guān)器件高速的開(kāi)通和關(guān)斷。開(kāi)通時(shí)，導(dǎo)通電流將引起較大的開(kāi)關(guān)損耗，產(chǎn)生較大的電流瞬變(即較大的di/dt值),同理在關(guān)斷時(shí)，產(chǎn)生較大的電壓瞬變(即較大的du/dt值)。由于電壓和電流的瞬變，電路中會(huì)產(chǎn)生高頻諧波、高頻振蕩和高頻電磁波，從而形成EMI干擾。另外，二極管等功率器件、電路板上的高頻變壓器、晶振等同樣會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。

1.2干擾分類

一般來(lái)講，電磁干擾(EMI)按傳播途徑來(lái)分又分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，傳導(dǎo)干擾主要通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)進(jìn)行傳播，其頻譜主要為150 kHz至30 MHz，輻射干擾則是通過(guò)空間傳播，其頻率范圍要寬很多，主要為30 MHz至30 GHz.

1) 傳導(dǎo)干擾。

傳導(dǎo)干擾分為差模干擾和共模干擾。差模干擾即相對(duì)相的干擾，共模干擾即相對(duì)地干擾，差模干擾及共模干擾型式見(jiàn)圖1.

圖1　差模干擾及共模干擾型式示意圖

2) 輻射干擾。

輻射干擾基于電磁感應(yīng)原理，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，電磁輻射以場(chǎng)的方式向四周空間傳播。

2干擾抑制措施

2.1傳導(dǎo)干擾的抑制措施

根據(jù)傳導(dǎo)干擾產(chǎn)生的原理，抑制差模干擾的主要方法是使用X電容、差模電感，抑制共模干擾的主要方法是使用Y電容、共模電感。一般情況下，X電容、差模電感和Y電容、共模電感不單獨(dú)使用，而是與其他電路元件一起封裝使用，這其中又以同時(shí)具備抑制差模干擾和共模干擾能力的EMC濾波器較為典型。

2.2 輻射干擾的抑制措施

根據(jù)輻射干擾產(chǎn)生的原理，一般采取屏蔽措施，隔斷傳播路徑，阻止電磁向四周傳播。

3變頻器EMC測(cè)試過(guò)程分析

3.1無(wú)外置EMC濾波器的變頻器EMC測(cè)試

1) 測(cè)試方案。

測(cè)試方案見(jiàn)圖2.

圖2　無(wú)外置EMC濾波器的變頻器EMC測(cè)試方案圖

2) 測(cè)試結(jié)果。

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12668，電磁輻射及傳導(dǎo)限值見(jiàn)表1，表2，有無(wú)外置濾波的測(cè)試結(jié)果均需滿足表中要求。

測(cè)試環(huán)境：基本無(wú)外界干擾。

表1　設(shè)備的電磁輻射干擾限值表

表2　設(shè)備的電磁傳導(dǎo)干擾限值表

傳導(dǎo)特性測(cè)試見(jiàn)圖3.

圖3　傳導(dǎo)測(cè)試特性曲線圖

圖4　輻射測(cè)試特性曲線圖

從圖3來(lái)看，在不加濾波器的情況下傳導(dǎo)特性測(cè)試不合格；由于防爆變頻器的鋼質(zhì)外殼比較密閉，電源及電機(jī)電纜采用屏蔽電纜，從圖4來(lái)看，輻射特性測(cè)試是合格的。

3.2帶外置EMC濾波器的變頻器EMC測(cè)試

1) EMC濾波器結(jié)構(gòu)。

EMC濾波器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5，由電容、電抗、電阻等器件構(gòu)成，一個(gè)合理有效的EMC濾波器應(yīng)該對(duì)差模干擾和共模干擾都有較強(qiáng)的抑制作用。差模干擾的抑制是依靠?jī)?nèi)部差模電容在高頻時(shí)的低阻抗特性和差模電感在高頻時(shí)的高阻抗特性，在這種特性下某些特定頻率的信號(hào)允許通過(guò)，其它頻率的信號(hào)得到較強(qiáng)的抑制；共模電容和共模電感對(duì)共模干擾的抑制原理與差模電容和差模電感對(duì)差模干擾的抑制類似。

圖5　 EMC濾波器結(jié)構(gòu)圖

2) 測(cè)試方案。

測(cè)試分兩次進(jìn)行，第一次濾波器G端不接地，第二次G端接地。測(cè)試方案見(jiàn)圖6.

圖6　帶外置EMC濾波器的變頻器EMC測(cè)試方案圖

3) 測(cè)試結(jié)果。

測(cè)試環(huán)境同上。

a) 濾波器不接地測(cè)試結(jié)果。傳導(dǎo)特性測(cè)試曲線見(jiàn)圖7. 輻射特性測(cè)試曲線見(jiàn)圖8. 從圖7可以看出，雖然測(cè)試仍不合格，但干擾已經(jīng)得到明顯的抑制；從圖8可以看出，輻射測(cè)試曲線完全通過(guò)，但和無(wú)外置濾波器時(shí)區(qū)別不大。

b) 濾波器接地測(cè)試結(jié)果。傳導(dǎo)特性測(cè)試曲線見(jiàn)圖9.

圖7　傳導(dǎo)特性測(cè)試曲線(G不接地)圖

圖8　輻射特性測(cè)試曲線(G不接地)圖

圖9　 傳導(dǎo)特性測(cè)試曲線(G接地)圖

輻射特性測(cè)試曲線同圖8.

在濾波器接地的情況下，從圖9可以看出，濾波器濾波效果顯著，傳導(dǎo)測(cè)試結(jié)果完全合格；從測(cè)試結(jié)果可以看出，輻射測(cè)試曲線完全通過(guò)，與圖8基本無(wú)差別。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)外置濾波器、或帶外置濾波器且G極不接地、或帶外置濾波器且G極接地幾種不同情況下的測(cè)試結(jié)果對(duì)比，可以看出，最后一種情況下對(duì)干擾的抑制效果最為明顯，傳導(dǎo)和輻射測(cè)試結(jié)果完全合格，其他兩種情況下傳導(dǎo)測(cè)試不合格，但在同樣的屏蔽條件下，輻射測(cè)試完全合格，且測(cè)試結(jié)果基本一致。因此，可以得出外置濾波器、濾波器接地、屏蔽等措施對(duì)變頻器的EMI抑制具有良好的效果，使測(cè)試結(jié)果滿足國(guó)標(biāo)要求。

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Analysis on the EMC Test of Inverter

TIAN Zhiyong, ZHANG Jingou, LIU Qinbo

AbstractIntroduces the sources,classification of electromagnetic interference(EMI) and interference suppression measures, analyses the testing process of frequency converter EMC. Whether external EMC filter cases by the frequency of test, compares the characteristic curve of the test, it can be seen that the external EMC filter, shielding and grounding measures to interfere with the inverter has good inhibition.

Key wordsEMC filter; Frequency converter; Interference; Grounding; Shield

中圖分類號(hào)：TD605

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-0652(2015)04-0016-03