设计变频器控制系统时如何解决电磁干扰

控制VFD的排放非常具有挑战性。VFD效率是以EMI性能为代价的。试图控制VFD驱动器的EMI性能通常会降低效率并增加发热量。将过滤器组件放置在输出上可能会影响操作。放置过多的电容或电感会改变电压 - 电流关系并影响电机运行。这可能使其无效或产生过多热量并过早损坏或破坏固态驱动器或电机。大多数情况下，过滤和屏蔽电缆的组合是必要的。诸如切换驱动频率的其他方法可以将产生的谐波转移到它们满足期望极限的位置。

VFD的副产品是电磁（EM）辐射。在许多工业应用中，典型的EM辐射量导致其他设备的问题很少; 然而，在诸如HVAC的美国商业应用中，EMC（电磁兼容性）水平由FCC（联邦通信委员会）的第15部分规定。根据IEC 61800-3，欧盟已针对大多数环境（包括工业）定义了EMC限制。制造商为不同级别的EMC提供各种解决方案，从具有完全集成滤波器的驱动器到在驱动器与其电源之间串联连接的完全独立的滤波器。

我想你会得到两个不同的答案，这个问题涉及EMI的辐射和对EMI的免疫力。我不确定你最感兴趣的是什么。两者都有标准，具体取决于应用。欧洲工业辐射标准比北美标准更严格。美国的住宅标准是辐射最严格和最难达到的标准。免疫性也会有所不同，但大多数基础VFD的设计都具有相当的弹性，就EMI抗扰性而言。从我的角度来看，VFD安装的最大问题是布线EMI辐射。必须非常小心，确保电源线与控制线分离或绝缘。存在世界各地的标准以防止干扰问题，但即使过于谨慎，谨慎也是合理的。电缆会辐射，控制线如果在附近就会捡起来。这个问题当然不是新问题，而且有很好的记录。

电磁干扰（EMI），也称为电噪声，是电气和电子设备产生的不需要的信号。EMI VFD问题的范围可以从损坏的数据传输到电动机驱动器损坏。使用IGBT开关进行电机频率控制的现代VFD由于其高开关速度而非常高效。不幸的是，高速开关还导致产生更高的EMI。典型的噪声抑制解决方案包括确保所有组件均适当接地; 使用屏蔽电源线将变频器连接到电机，并正确地将屏蔽连接到驱动器和电机接地位置; 使用内置或外置EMI滤波器; 使用扭曲控制线路引线提供平衡电容耦合; 并分别运行电源和控制接线。

电磁干扰可能是最容易通过增加系统之间的距离来缓解。滤波器和铁氧体磁芯可用于进一步协助此问题。

正确或足够大小的电源是关键，因为如果上游变压器对于驱动器而言太大，则阻抗将太低而导致许多问题。精心设计的接地系统有助于减轻噪音。隔离变压器或输入线电抗器的使用，以及附图中所示的EMI和RF滤波器，对于解决与VFD相关的干扰至关重要。隔离变压器（传输噪声降低10比1）或输入线路电抗器可减轻电源线干扰，减少交流驱动器引起的电力线谐波，从而影响在同一电源上运行的其他设备。输入EMI滤波器可降低交流变频器输入侧的电磁干扰或噪声。它们符合CE标准，建议用于易受电磁干扰影响的设备。当安装在VFD的输入和/或输出侧时，RF滤波器可降低射频干扰或噪声。

解决EMI问题的最佳方法是应用推荐的安装实践。例如，这包括确定EMC区域，确定使用哪种类型的电缆（屏蔽VFD电缆）以及如何布线（适当分离）和接地。只有在使用适当的EMC安装指南后，我们才建议提供过滤器和其他干扰抑制措施，以实现更多抑制。

大多数的VFD是在驱动器的电磁干扰（EMI），不影响局部的电气设备在任何显著方式的工业环境中使用。在敏感环境中，用户可能会发现实施某种形式的EMI缓解是明智的。EMI分为两部分; 传导和辐射噪声。当驱动器的输出波形将电机引线转换为大型天线时，会产生辐射噪声。这种类型的噪声会影响靠近电机引线的设备。始终建议最小化电机引线长度以限制辐射噪声。此外，降低驱动器的载波频率有助于减少辐射噪声量。为了完全消除辐射噪声，可以使用铠装/屏蔽电缆或接地金属导管。当变压器为驱动器所需的高频开关提供电流以产生其输出波形时，驱动器会产生传导噪声。这些高频电流会对同一电源上的设备的运行产生负面影响。降低驱动器的载波频率会有所帮助，但需要输入滤波才能显着降低这些电流。低成本解决方案包括使用铁氧体磁芯。

反馈设备上的电磁干扰（通常称为“噪声”）在运动系统中可能非常不利。在运动系统中，驱动器试图根据其接收的反馈来控制其设定速度。噪音会改变您的驱动器所获得的反馈信号，并有可能被视为您的设备将尝试纠正的移动。在大多数运动系统中，几乎没有出错的余地。为了最大限度地减少电磁干扰的影响，您应确保使用适当接地的屏蔽双绞线电缆作为反馈设备。另外，请记住，运动系统中电磁干扰的最常见原因是驱动器本身的高压侧，因此尽量不要将高压电机电缆和反馈电缆一起长距离运行。

避免EMI的最佳方法是在面板或机器设计过程中使用良好的接线卫生。接地，电缆屏蔽和“电线连接”等问题都非常重要。无线电滤波器也可用于限制线路上的电源传导噪声，这是无线电噪声的最坏表现。直接从驱动器辐射的噪声不是问题。

VFD可与EMI / RFI滤波器配对或可能包含EMI / RFI滤波器。确保遵循制造商对电机电缆类型的建议（这通常应该是高质量的屏蔽电缆）和最大电缆长度。此外，应始终遵守良好的接线规范，并确保系统正确接地。

来自VFD的电子干扰可能会导致安装驱动器的区域中的其他设备出现问题，同时其他设备可能会出现问题为了正确操作驱动器。驱动器本身可以通过各种频率和幅度产生干扰。这可能会影响无线电通信，仪器仪表或其他设备或设备。通过仔细遵循布线和接地的最佳安装实践，可以大大减少应用中出现问题的可能性。制造商对电缆选择，接地和安装的建议对于获得良好结果至关重要。通常，每个布线类应尽可能彼此分开。驱动器的输入和输出接线不应彼此相邻放置，也应与控制电缆分开。正确安装的驱动器和电机之间的屏蔽电缆将有助于保持电缆内的噪声，然后噪声将具有回到电源的低阻抗路径。这将大大降低噪声进入其他电缆的可能性，并有助于防止噪声辐射到空气中。有时，来自VFD的噪声可能会返回到AC线路上并对网络上的其他设备造成干扰，或者甚至可能通过空气传播以干扰其他设备。在这种情况下，应用滤波器来抑制噪声可能是有用的。一些VFD可以作为过滤器形式的标准或可选特征提供这种保护。也可以提供或指定这种类型的电磁干扰/射频干扰滤波器，并将其应用于驱动器的输入以减轻噪声。

大多数VFD制造商都有两种类型的EMI：辐射发射和传导发射。大多数VFD制造商都在受保护和密封的金属柜或隔间内提供控制，这些金属柜或隔间已经过辐射和对外部EMI的抗扰度测试。通常，金属机柜设计用于限制EMI，并经过测试，符合各种IEC，IEEE或CE标准，以确定EMI的产生或易受影响。所有VFD都应该有一个证明其EMI等级的认证。对于通过电力导线从VFD导出的高频成分的传导发射，标准仍然适用，控制系统旨在限制传导发射并进行测试以符合其中一个标准。通常，某些类型的滤波器将添加到控制电源连接中，以消除由于来自控制系统或半导体开关瞬变的EMI而在线路上出现的任何传导发射。这两种类型的排放的关键是确保VFD的设计符合EMI标准，并具有适当的标签，表明其符合这些标准。
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