變頻器通過(guò)國外電磁兼容標準實(shí)踐與思考

0.引言

隨著(zhù)國內變頻器產(chǎn)品日趨成熟，在工業(yè)設備節能和工藝調速方面越來(lái)越發(fā)揮了巨大的作用。變頻器帶載運行時(shí)，在電源側和電機側均會(huì )產(chǎn)生一定的電磁干擾。同時(shí)，在其運行的工業(yè)現場(chǎng)也存在著(zhù)由于使用各類(lèi)電力電子設備所帶來(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)系到系統能否可靠、穩定運行【1】。國內變頻器廠(chǎng)家在逐鹿本土市場(chǎng)的同時(shí)，已逐步具備競爭海外市場(chǎng)的實(shí)力。對不同國家及地區而言，變頻器產(chǎn)品通過(guò)電磁兼容標準及準入要求是進(jìn)入其市場(chǎng)的必要條件?；诖?，本文在分析變頻調速器設計及應用中存在的電磁干擾問(wèn)題基礎上，探討變頻器產(chǎn)品通過(guò)國外認證需要注意的電磁兼容標準及測試問(wèn)題，指出了國內電磁兼容專(zhuān)業(yè)人才培養、測試、認證實(shí)驗室存在的不足。

1. 變頻器中的電磁兼容問(wèn)題

1.1 輸入側的高次諧波

目前的低壓變頻器產(chǎn)品中，輸入側均采用二極管不控整流方案，非線(xiàn)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)生了嚴重的畸變?；兇螖蹬c量值和整流形式有很大關(guān)系。一般整流脈波次數越高，高次諧波對電源的污染越小。表1給出了變頻器整流脈波次數對電源污染的比較。

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。變頻器輸出側的高頻干擾是由輸出側逆變器的PWM脈寬調制信號形成的。干擾的高低與PWM調試方式和開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)。表2中給出了干擾和高次諧波的對比。

表2.干擾和高次諧波的不同點(diǎn)

1.2 干擾的種類(lèi)

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

1) 傳導耦合

在變頻調速系統中，電磁干擾通過(guò)與其相連的導線(xiàn)(如電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、接地線(xiàn))進(jìn)行直接耦合，見(jiàn)圖2所示。

圖2 變頻調速系統傳導耦合途徑

2)感應耦合

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線(xiàn)或導體中產(chǎn)生感應電壓或電流, 形成感應耦合

現象。在變頻調速傳動(dòng)系統中, 感應耦合主要表現為鄰近導體間的電感耦合或電容耦合或兼而有之, 這與干擾源的頻

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

圖3 變頻調速系統電感感應耦合途徑

圖4 變頻調速系統電容感應耦合途徑

3)輻射耦合

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

圖5 變頻調速系統輻射耦合途徑

4)其它類(lèi)型干擾

除了前面提到的幾類(lèi)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(xiàn)電射頻干擾、電壓跌落與中斷

等。本文不展開(kāi)詳述。

2. CE認證中的電磁兼容

前面提到了通過(guò)指定電磁兼容標準是國內變頻器進(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 認證

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

1)強制性(對于買(mǎi)到歐盟的產(chǎn)品必須通過(guò));

2)EMC+LVD (滿(mǎn)足電磁兼容和低電壓指令，不同產(chǎn)品遵循不同的標準);

3)不要工廠(chǎng)審查(美國的UL認證有定期的工廠(chǎng)審查);

4)證書(shū)沒(méi)有有效期;

5)可以采用自我宣稱(chēng)或第三方認證方式獲得通過(guò);

6)認證通過(guò)后的標志可以等比例縮放，但高度不能小于5mm ;

2.2 變頻器產(chǎn)品CE認證方式及步驟

CE 認證的要求是以指令(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 不同認證方式對照表

在選定了認證方式后，CE認證所執行的檢驗步驟如下:

第一步：執行樣品檢驗

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標識;

在執行上述檢驗步驟中，需要根據標準要求對產(chǎn)品中的各個(gè)設計環(huán)節進(jìn)行嚴格檢查，直至全部符合標準要求。

2.3 變頻器產(chǎn)品CE認證標準及測試設備

就低壓變頻器而言，CE認證中需要遵循的EMC標準如表4所示。從所列標準中可以看出，內容含蓋了1.2節中提到的對于變頻器系統中出現的所有干擾所需滿(mǎn)足的要求。在實(shí)際的設計及檢驗過(guò)程中需要對標準中提出的指標進(jìn)行仔細理解消化。下表5中給出了常用的測試設備及參考型號。

表4.變頻器CE認證中的EMC標準