变频器的EMC测试分析

田志勇, 张金苟,刘勤波

(1.太原理工大学，山西　太原　030024；2.洛阳源创电气有限公司，河南　洛阳　471031)



变频器的EMC测试分析

田志勇1, 张金苟2,刘勤波2

(1.太原理工大学，山西太原030024；2.洛阳源创电气有限公司，河南洛阳471031)

摘要介绍了电磁干扰(EMI) 的来源、分类及干扰抑制措施，对变频器EMC测试过程进行了分析。通过变频器是否外置EMC滤波器情况下的试验测试以及对测试特性曲线的对比，可以看出，外置EMC滤波器、屏蔽体及接地措施对变频器干扰有较好的抑制作用。

关键词EMC滤波器；变频器；干扰；接地；屏蔽体

电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)是指设备或系统在其电磁环境中符合运行要求并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰能力，即电磁敏感性。习惯上也可以说EMC包含EMI(电磁干扰)和EMS(电磁敏感性)，而通常所做的EMC测试是指EMI测试，即对干扰源的测试。

变频器由于自身固有的工作特点，自身产生的高频噪声形成很强的电磁干扰源，所产生的干扰也会随输出功率的增加而明显的增强，进而对电网造成谐波污染，对其它电子设备的稳定工作构成潜在威胁。本文通过1台四象限500 kW防爆变频器在无外置EMC滤波和有外置EMC滤波器下空载运行状态的EMI测试(传导测试)，并对比测试的特性曲线，可以看出，EMC滤波器、接地等措施对电磁干扰(传导)具有较为理想的抑制作用，满足国标GB12668的要求；防爆变频器采用全封闭钢质外壳，外壳本身就是一个良好的屏蔽体，从测出的特性曲线来看，即使不采取粘贴铝箔加强屏蔽的措施下，其在电磁干扰(辐射)上仍可以达到理想的抑制作用，同样满足国标GB12668的要求。

1电磁干扰来源及分类

1.1干扰来源

电磁干扰(EMI)基于物理电磁感应原理所产生，大功率开关器件是产生干扰的主要原因，几千赫兹的开关频率，使开关器件高速的开通和关断。开通时，导通电流将引起较大的开关损耗，产生较大的电流瞬变(即较大的di/dt值),同理在关断时，产生较大的电压瞬变(即较大的du/dt值)。由于电压和电流的瞬变，电路中会产生高频谐波、高频振荡和高频电磁波，从而形成EMI干扰。另外，二极管等功率器件、电路板上的高频变压器、晶振等同样会产生电磁干扰。

1.2干扰分类

一般来讲，电磁干扰(EMI)按传播途径来分又分为传导干扰和辐射干扰，传导干扰主要通过导电介质进行传播，其频谱主要为150 kHz至30 MHz，辐射干扰则是通过空间传播，其频率范围要宽很多，主要为30 MHz至30 GHz.

1) 传导干扰。

传导干扰分为差模干扰和共模干扰。差模干扰即相对相的干扰，共模干扰即相对地干扰，差模干扰及共模干扰型式见图1.

图1　差模干扰及共模干扰型式示意图

2) 辐射干扰。

辐射干扰基于电磁感应原理，变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，电磁辐射以场的方式向四周空间传播。

2干扰抑制措施

2.1传导干扰的抑制措施

根据传导干扰产生的原理，抑制差模干扰的主要方法是使用X电容、差模电感，抑制共模干扰的主要方法是使用Y电容、共模电感。一般情况下，X电容、差模电感和Y电容、共模电感不单独使用，而是与其他电路元件一起封装使用，这其中又以同时具备抑制差模干扰和共模干扰能力的EMC滤波器较为典型。

2.2 辐射干扰的抑制措施

根据辐射干扰产生的原理，一般采取屏蔽措施，隔断传播路径，阻止电磁向四周传播。

3变频器EMC测试过程分析

3.1无外置EMC滤波器的变频器EMC测试

1) 测试方案。

测试方案见图2.

图2　无外置EMC滤波器的变频器EMC测试方案图

2) 测试结果。

参照国家标准GB12668，电磁辐射及传导限值见表1，表2，有无外置滤波的测试结果均需满足表中要求。

测试环境：基本无外界干扰。

表1　设备的电磁辐射干扰限值表

表2　设备的电磁传导干扰限值表

传导特性测试见图3.

图3　传导测试特性曲线图

图4　辐射测试特性曲线图

从图3来看，在不加滤波器的情况下传导特性测试不合格；由于防爆变频器的钢质外壳比较密闭，电源及电机电缆采用屏蔽电缆，从图4来看，辐射特性测试是合格的。

3.2带外置EMC滤波器的变频器EMC测试

1) EMC滤波器结构。

EMC滤波器结构见图5，由电容、电抗、电阻等器件构成，一个合理有效的EMC滤波器应该对差模干扰和共模干扰都有较强的抑制作用。差模干扰的抑制是依靠内部差模电容在高频时的低阻抗特性和差模电感在高频时的高阻抗特性，在这种特性下某些特定频率的信号允许通过，其它频率的信号得到较强的抑制；共模电容和共模电感对共模干扰的抑制原理与差模电容和差模电感对差模干扰的抑制类似。

图5　 EMC滤波器结构图

2) 测试方案。

测试分两次进行，第一次滤波器G端不接地，第二次G端接地。测试方案见图6.

图6　带外置EMC滤波器的变频器EMC测试方案图

3) 测试结果。

测试环境同上。

a) 滤波器不接地测试结果。传导特性测试曲线见图7. 辐射特性测试曲线见图8. 从图7可以看出，虽然测试仍不合格，但干扰已经得到明显的抑制；从图8可以看出，辐射测试曲线完全通过，但和无外置滤波器时区别不大。

b) 滤波器接地测试结果。传导特性测试曲线见图9.

图7　传导特性测试曲线(G不接地)图

图8　辐射特性测试曲线(G不接地)图

图9　 传导特性测试曲线(G接地)图

辐射特性测试曲线同图8.

在滤波器接地的情况下，从图9可以看出，滤波器滤波效果显著，传导测试结果完全合格；从测试结果可以看出，辐射测试曲线完全通过，与图8基本无差别。

4结束语

通过对无外置滤波器、或带外置滤波器且G极不接地、或带外置滤波器且G极接地几种不同情况下的测试结果对比，可以看出，最后一种情况下对干扰的抑制效果最为明显，传导和辐射测试结果完全合格，其他两种情况下传导测试不合格，但在同样的屏蔽条件下，辐射测试完全合格，且测试结果基本一致。因此，可以得出外置滤波器、滤波器接地、屏蔽等措施对变频器的EMI抑制具有良好的效果，使测试结果满足国标要求。

参考文献

[1]王兆安,黄俊．电力电子技术[M]．北京：机械工业出版社，2000:116-118.

[2]李方圆.变频器原理与维修[M]．北京：机械工业出版社，2010:8-11.

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[4]马永健.EMC设计工程实务[M]．北京：国防工业出版社，2008:50-54.

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

中图分类号：TD605

文献标识码：A

文章编号：1672-0652(2015)04-0016-03