变频器EMC探讨

变频器EMC探讨探讨内容1EMC问题2变频器EMI问题3变频器的EMC设计4总结和展望1.EMC问题1.1EMC定义：电磁兼容是指设备（系统、分系统）在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态。①EMI=CE（传导）+RE（辐射）+谐波（Harmonic）②EMS=静电（ESD）+射频抗扰度（RS）+电快速瞬变脉冲群（EFT）+浪涌，雷击（Surge）+电压跌落（DIP）+传导抗干扰（CS）+工频磁场抗扰度（PMS）③电磁环境：即系统或设备的工作环境1.2EMC的领域研究•1.电磁干扰特性及其传播途径的研究•2.电磁干扰抑制技术的研究•3.电磁兼容性设计的研究•4.电磁兼容性分析与预测方法的研究•5.电磁兼容性测试和实施方法的研究•6.电磁兼容规范和标准的研究•7.电磁兼容频谱利用的研究•8.电磁危害的研究2变频器EMI问题•2.1．变频器系统的EMI来源•(1).外部对变频器的EMI：接入变频器的弱电控制信号易受到外来干扰的影响，从而影响变频器运行•(2).变频器的内部EMI：a.整流桥的非线性产生高次谐波;b.逆变桥采用PWM技术,其在开关模式下作高速切换（大的di/dt,dV/dt变化）会产生电磁噪声•2.2．分析变频器EMI干扰产生的三要素•(1).干扰源：•a.大功率器件开关瞬态的du/dt和di/dt与电力电子设备的杂散参数相作用，通过近场和远场藕合形成传导和辐射干扰。•b.PWM信号自身含有大量的高次谐波•c.控制电路输出的高频时钟脉冲波•(2).耦合途径：•a．电磁辐射：干扰源向外空间辐射电磁波，其辐射场强由干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗、以及干扰源的发射频率决定•b．传导：通过与其相连的导线向外部发射，也可能通过阻抗耦合（如配电变压器）或接地回路耦合将干扰带入其它电路•c.感应耦合：介于辐射与传导之间，由导体间的电感、电容耦合的形式出现，与干扰源的频率以及相邻导体间的距离有关•(3).敏感设备：•内部：A/D,D/A变换器，数字IC、弱信号放大器•外部：弱电设备总结：只要消除电磁干扰三要素中的任何一个要素就可实现电磁兼容，其措施常为：滤波、接地和屏蔽2.3EMC意义上的共模和差模•干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别作为往返线路传输（差模）；另一种是两根导线做去路，地做返回路传输（共模）。•传导干扰以电压或电流的共模（不对称）和差模形式（对称）出现•差模电压（线间电压）：Ud=U1-U2•单线对中线电压差：Un=0.5Ud•对地电压：U1=Uc+Un,U2=Uc-Un•则共模电压：Uc=U1-Un=U2+Un•=0.5(U1+U2)•同上，共模电流：Ic=0.5(i1+i2)•传导干扰的测量：1.测量相线之间的电压可以获得差模电压2.共模干扰的大小不仅仅由共模电压源决定，同时还取决于电网阻抗Zm和系统中各种寄生参数Zg的影响。为了确保EMI测试的重复性和测试结果的可比较性，须在电网间插入LISN以形成标准的接口阻抗，当Zs足够大时，Zin就与Zm无关了•2.4．变频器EMI分析及抑制的措施•(1).接地•a:不能将PE线接电器设备的外壳和零线上;•b:PE与接地极的接地电阻＜10欧，长度＜20m,地线截面积＞2.5mm2•c:分单点接地、多点接地和混合接地：低频干扰严重时采用屏蔽点单点接地,高频干扰严重时采用多点接地•e:接地的目的是为了让外部注入的共模电流不流入产品中的电路(案例)•（二）屏蔽•a.封闭的金属机壳：抑制变频器内部与外界相互辐射干扰；其孔缝的大小与电磁波的波长相近时会形成干扰辐射源，应尽量减少孔缝的尺寸（通风孔阵＜6mm），机壳上插件优选金属面板且与其接触良好（缝隙＜0.5mm）•b.专用屏蔽电缆或钢管屏蔽（出线），双芯编织屏蔽（信号线）:屏蔽层只在入口处与机箱外壳直接相连，不宜引入机箱内部c.主电路与控制回路分开铺设:变频器输出动力线槽与控制线槽距离按规定应不少于50cm，且两线槽垂直走线•d.屏蔽罩可靠接地（引导共模电流的流向）•屏蔽罩不接地案例•将共模干扰短路（三）滤波(1).输入滤波器：抑制电网与整流单元间传导干扰和辐射干扰a.线路滤波器：增大高频阻抗，削弱谐波电流（L）；b.辐射滤波器：高频电容吸收辐射干扰（C）(2).输入电抗器：阻止来自电网的干扰,又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染(3).直流电抗器：保持整流电流连续，减少电流脉动，改善功率因数（和整流电容构成LC滤波）(4).输出电抗器：是补偿长线分布电容的影响,并能抑制输出谐波电流,提高输出高频阻抗,有效抑制di/dt,减低高频漏电流,起到保护变频器,减小设备噪声的作用(5).输出滤波器：提高系统功率因数，补偿长线分布电容，抑制谐波电流、浪涌电压及dV/dt、减低高频漏电流，降低电机温升和电机运行噪声（三相正弦滤波器或EMI滤波器：注意滤波器内接入电容器的一侧必须与电动机侧相接）(6).控制电路、信号与通信滤波：a.控制电路电源——DC/DC隔离电源+电源噪声滤波器b.模拟信号——采用信号滤波器c.对一些特殊场合，采用光纤，以提高抗扰度水平。事实上，LC所组成滤波网络的一种极端表现就是谐振，则干扰将被放大，滤波电路的谐振点必须远离EMC测试频点㈣其它(1).隔离的方法：a.电源隔离法（隔离变压）b.信号隔离法（光电耦合）(2).减少回路阻抗：可加大电缆截面积减小回路阻抗，从而减小畸变压降带来的谐波危害(3).切断传输线路：可采用将线性负载与非线性负载从同一电源接口点用分别的电路供电,这样可以使非线性负载产生的畸变电压不会传导到线性负载上去(4).在变频器的输入、输出相线、信号线上套绕共模及差模磁环3变频器的EMC设计•1.变频器的结构构架、屏蔽、接地与EMC•2.产品中的电缆、连接器、接口电路与EMC•3.通过滤波与抑制提高产品EMC性能•4.旁路、去耦与储能•5.PCB设计与EMC•6.器件、软件与频率拉动技术4总结与展望•总结：EMC设计规范犹如交通法规，不遵守不一定会出交通事故，但是风险必然加大，EMC设计也是一样，有些规则不遵守也许在测试中过关，但是过关的风险必然加大，所以在产品设计中有必要想入风险意识，EMC设计的目的是最大限度地降低EMC测试风险，只有遵守所有的EMC交通规则的产品才是具有最低EMC风险的产品。谢谢！