變頻器通過國外電磁兼容標準實踐與思考

0.引言

隨著國內變頻器產品日趨成熟，在工業設備節能和工藝調速方面越來越發揮了巨大的作用。變頻器帶載運行時，在電源側和電機側均會產生一定的電磁干擾。同時，在其運行的工業現場也存在著由于使用各類電力電子設備所帶來的較高的電磁干擾。電磁兼容問題解決的好壞，直接關系到系統能否可靠、穩定運行【1】。國內變頻器廠家在逐鹿本土市場的同時，已逐步具備競爭海外市場的實力。對不同國家及地區而言，變頻器產品通過電磁兼容標準及準入要求是進入其市場的必要條件。基于此，本文在分析變頻調速器設計及應用中存在的電磁干擾問題基礎上，探討變頻器產品通過國外認證需要注意的電磁兼容標準及測試問題，指出了國內電磁兼容專業人才培養、測試、認證實驗室存在的不足。

1. 變頻器中的電磁兼容問題

1.1 輸入側的高次諧波

目前的低壓變頻器產品中，輸入側均采用二極管不控整流方案，非線性不控整流器在工作中會帶來高次諧波的干

擾【2】。以圖1 所示的變頻器主電路進行分析。圖中給出了交-直-交電壓型逆變器，工頻電源通過三相不控整流給電解

電容充電，可已知道，輸入電流波形發生了嚴重的畸變。畸變次數與量值和整流形式有很大關系。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調試方式和開關頻率有關。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

1.2 干擾的種類

形成電磁干擾必須具備三個基本要素：電磁干擾源、耦合途徑和敏感設備。通過了解電磁干擾的種類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、輻射耦合及其它類型干擾。

1) 傳導耦合

在變頻調速系統中，電磁干擾通過與其相連的導線(如電源線、信號線、接地線)進行直接耦合，見圖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, 其電磁波輻射能力有限。

此時, 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或導體中產生感應電壓或電流, 形成感應耦合

現象。在變頻調速傳動系統中, 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，見圖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

變頻器內產生的干擾，以輸入側或輸出側的電纜為天線向空中發散，對外圍器件產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，見圖5所示。

圖5 變頻調速系統輻射耦合途徑

4)其它類型干擾

除了前面提到的幾類干擾，常見的干擾還有，電源快速瞬變干擾、雷電干擾、無線電射頻干擾、電壓跌落與中斷

等。本文不展開詳述。

2. CE認證中的電磁兼容

前面提到了通過指定電磁兼容標準是國內變頻器進軍海外市場時的必備條件。下面以歐盟市場為例進行介紹。

2.1 CE 認證

CE 是歐盟許多國家語種中“歐共體”這一詞組的縮寫，原來用英語詞組EUROPEAN COMMUNITY 縮寫為EC,因歐盟在法文是COMMUNATE EUROPEIA, 所以稱為CE認證。CE認證具有如下特點：

1)強制性(對于買到歐盟的產品必須通過);

2)EMC+LVD (滿足電磁兼容和低電壓指令，不同產品遵循不同的標準);

3)不要工廠審查(美國的UL認證有定期的工廠審查);

4)證書沒有有效期;

5)可以采用自我宣稱或第三方認證方式獲得通過;

6)認證通過后的標志可以等比例縮放，但高度不能小于5mm ;

2.2 變頻器產品CE認證方式及步驟

CE 認證的要求是以指令(Directive)的形式發布要求。就變頻器產品而言指令如下：

EMC DIRECTIVE 89/336/EEC (2004/108/EC);LVD DIRECTIVE 73/23/EEC;上面介紹了通過CE認證的兩種方式，

表3 給出了兩種方式各自的優缺點。

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“技術檔案”;

第三步：實施量產產品質量保證制度;

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品中的各個設計環節進行嚴格檢查，直至全部符合標準要求。

2.3 變頻器產品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足的要求。在實際的設計及檢驗過程中需要對標準中提出的指標進行仔細理解消化。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