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《變頻電控柜的基本EMC措施》在國(guó)家期刊成功發(fā)表
  • 點(diǎn)擊數(shù):5706     發(fā)布時(shí)間:2016-07-20 10:30:00
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近期,SFAE牟翠華工程師撰寫(xiě)的關(guān)于EMC專(zhuān)題的文章在國(guó)家期刊《安全與電磁兼容》成功發(fā)表,這是公司電柜生產(chǎn)部首篇在期刊發(fā)表的關(guān)于電柜方面的專(zhuān)業(yè)文章。

文章中牟工強(qiáng)調(diào)了EMC分區(qū)概念的重要性,她指出:“保證電氣設(shè)計(jì)可靠性的重要原則就是電氣設(shè)計(jì)人員在電控柜設(shè)計(jì)之初就需要建立電氣分區(qū)的概念,即把強(qiáng)電部分和弱電部分盡量分置在兩個(gè)不同的區(qū)域,比如將交流380 V的動(dòng)力回路要和直流24 V的信號(hào)回路分開(kāi)。在分區(qū)時(shí),需要把握的原則是動(dòng)力線和信號(hào)線間距不能低于200 mm,可將動(dòng)力部分的開(kāi)關(guān)接觸器、濾波器變頻器等放置在電控柜的一側(cè),而電控柜的另一側(cè)是邏輯控制元件(包括PLC、繼電器等),避免動(dòng)力回路產(chǎn)生的高頻電磁干擾影響到信號(hào)區(qū)域的邏輯信號(hào)。”這是CEPD 電柜知識(shí)體系的重要組成部分,也是電柜部門(mén)的核心經(jīng)驗(yàn)。

并且牟工還通過(guò)EMC的屏蔽應(yīng)用,接地方式,浪涌吸收回路三個(gè)方面,結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例,圖文并茂的闡述了 SFAE電柜在EMC方面的 Know how 和經(jīng)驗(yàn),通過(guò)這篇文章,作者希望讓更多的讀者和技術(shù)人員了解電控柜是電氣、邏輯控制元件的載體和保護(hù)體,一個(gè)可靠的電氣系統(tǒng)離不開(kāi)可靠穩(wěn)定的電控柜并不是簡(jiǎn)單的把元器件堆砌在一起的一個(gè)無(wú)機(jī)體。同時(shí)通過(guò)這篇文章可以讓更多人了解到SFAE電柜博大精深的工匠精神。

以下是文章的一些節(jié)選:

變頻電控柜的基本EMC措施

摘要:主要介紹了電控柜分區(qū)的概念及具體方法;介紹了屏蔽支架使用、電控柜接地及孔縫密封的正確方式,并對(duì)電控柜浪涌吸收回路進(jìn)行了說(shuō)明。

關(guān)鍵詞:電磁兼容;屏蔽;分區(qū);孔縫;浪涌

引言
電控柜是電氣、邏輯控制元件的載體和保護(hù)體,一個(gè)可靠的電氣系統(tǒng)離不開(kāi)可靠穩(wěn)定的電控柜。要保證邏輯控制元件、變頻器之間的正常運(yùn)行,提高整個(gè)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性,需降低電控柜內(nèi)的電磁干擾。筆者在實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)常會(huì)遇到客戶(hù)簡(jiǎn)單地認(rèn)為電氣柜無(wú)非就是一個(gè)柜體,從而忽略電磁兼容性設(shè)計(jì),導(dǎo)致電控柜內(nèi)PLC模擬量信號(hào)不準(zhǔn),莫明電氣故障頻繁等問(wèn)題。本文主要針對(duì)西門(mén)子變頻系列電控柜提出一些設(shè)計(jì)措施,避免不必要的故障的產(chǎn)生。

1  分區(qū)的概念

保證電氣設(shè)計(jì)可靠性的重要原則就是電氣設(shè)計(jì)人員在電控柜設(shè)計(jì)之初就需要建立電氣分區(qū)的概念,即把強(qiáng)電部分和弱電部分盡量分置在兩個(gè)不同的區(qū)域,比如將交流380 V的動(dòng)力回路要和直流24 V的信號(hào)回路分開(kāi)。在分區(qū)時(shí),需要把握的原則是動(dòng)力線和信號(hào)線間距不能低于200 mm,可將動(dòng)力部分的開(kāi)關(guān)接觸器、濾波器變頻器等放置在電控柜的一側(cè),而電控柜的另一側(cè)是邏輯控制元件(包括PLC、繼電器等),避免動(dòng)力回路產(chǎn)生的高頻電磁干擾影響到信號(hào)區(qū)域的邏輯信號(hào)。圖2為某機(jī)床廠出口型電控柜布局實(shí)例,電控系統(tǒng)的動(dòng)力部分(變頻系統(tǒng))及主進(jìn)開(kāi)關(guān)放置在了電控柜左側(cè),PLC部分放置在右側(cè),保證了電控柜內(nèi)部電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖1 動(dòng)力區(qū)與信號(hào)區(qū)分區(qū)實(shí)例

2 屏蔽應(yīng)用

屏蔽技術(shù)主要是用來(lái)抑制電磁噪聲沿著空間的傳播,即通過(guò)金屬材料或者磁性材料使之能夠切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。通常電控柜抑制電磁噪聲的方法有如下幾種。

(1)屏蔽電纜的使用

在設(shè)備運(yùn)行中,由于寄生電容存在于電機(jī)電纜和電機(jī)內(nèi)部,變頻器脈寬調(diào)制(PWM)的輸出電壓波形通過(guò)寄生電容可產(chǎn)生高頻脈沖噪聲電流。當(dāng)噪聲電流通過(guò)大地阻抗和動(dòng)力電纜和地之間的阻抗流回變頻器時(shí),產(chǎn)生的電壓降就對(duì)同一電網(wǎng)的其它設(shè)備造成了干擾,即共阻抗干擾,如圖2所示。

采用屏蔽電機(jī)電纜可避免這種干擾——電纜的屏蔽層連接到變頻器的外殼和電機(jī)外殼時(shí),屏蔽層就變成高頻電流流回變頻器的有效通道,可避免共阻抗干擾。為了滿(mǎn)足EMC產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)EN 61800-3的C2和C3類(lèi)的要求,電動(dòng)機(jī)電纜最好是對(duì)稱(chēng)三芯屏蔽電纜,如圖3所示。

圖2  帶有屏蔽電纜的變頻回路

圖3 理想對(duì)稱(chēng)3芯線+對(duì)稱(chēng)3芯PE線

(2) 屏蔽安裝支架的使用

一般來(lái)說(shuō),電纜360°屏蔽搭接可通過(guò)EMC電纜密封套使電纜屏蔽層與電動(dòng)機(jī)端子接線盒實(shí)現(xiàn),在變頻柜內(nèi)也可以按照制造商手冊(cè)的規(guī)范,將屏蔽層360°有效接觸在特制的金屬屏蔽支架上或金屬卡子上,如圖4(a)所示,避免采用“豬尾巴”連接至PE母線或PE端子,如圖4(b)所示。經(jīng)驗(yàn)表明:在30MHz以上時(shí),“豬尾巴”為1 cm、3 cm和5 cm的情況下,屏蔽電纜的屏蔽效果將分別下降30%、50%和70%。圖5分別列出了使用屏蔽板和梳形屏蔽排固定電纜的正確的使用方式。

圖4 電控柜內(nèi)電纜接駁實(shí)例

圖5 電纜屏蔽支架正確連接示意圖

(3)孔縫的防護(hù)

在電控柜的實(shí)際應(yīng)用中,沒(méi)有完全密封的電控柜,總會(huì)有通風(fēng)孔、線孔等。預(yù)防電控柜內(nèi)動(dòng)力區(qū)對(duì)信號(hào)區(qū)的干擾,應(yīng)將未使用的預(yù)留孔用金屬薄片密封起來(lái),如圖6所示。

圖6 電控柜開(kāi)孔密封實(shí)例

4 接地方式

在筆者為某機(jī)床公司調(diào)研一款機(jī)床電控柜時(shí),就發(fā)現(xiàn)了原電控柜諸多不合理的部分,第一,接地的導(dǎo)線很細(xì),如圖7所示,,按照GB5226.1國(guó)家機(jī)械設(shè)備電氣標(biāo)準(zhǔn)要求,規(guī)定接地的導(dǎo)線一定要大于6 mm2,而且用盡可能短的金屬編織帶;第二,除了柜門(mén)接地外,其余機(jī)柜部件均沒(méi)有接地。按照EMC要求,凡是安裝帶電體的機(jī)柜部件均需接地,比如除在高、中、低三個(gè)位置與電控柜相連外,電控柜照明燈的頂板也需與電控柜的框架相連,側(cè)板如有器件安裝也需與電控柜框架相連或與中心地排相連。(如圖8所示)

圖7 錯(cuò)誤的電控柜接地示例

圖8 電控柜接地正確示意

5 浪涌吸收回路

電控柜中的開(kāi)關(guān)接觸器元件需要使用浪涌吸收抑制器,這是因?yàn)檫@些設(shè)備如果沒(méi)有浪涌吸收單元可能會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)尖峰脈沖電壓,而整個(gè)放電過(guò)程甚至可以持續(xù)250 ms。下面以4 kV浪涌輸入為例,例舉幾種常見(jiàn)方法抑制尖峰脈沖的效果:

(1)壓敏電阻

如圖9所示,當(dāng)交流回路負(fù)載并接了壓敏電阻時(shí)(西門(mén)子型號(hào):3RT6926-1BD00),雖然瞬時(shí)電壓尖峰仍然存在,但峰值不到400 V,而且整個(gè)放電持續(xù)時(shí)間不到50 ms。

圖9 壓敏電阻抑制浪涌的效果

(2)RC吸收電路

如圖10所示,當(dāng)交流回路負(fù)載并接RC串聯(lián)單元時(shí)(西門(mén)子型號(hào):3RT6926-1CD00),瞬間脈沖的伏值和電壓上升的速率明顯降低,沒(méi)有出現(xiàn)明顯的脈沖群。電壓上升后緩慢衰減的趨勢(shì)較為理想。

圖10 RC元件抑制浪涌的效果

(3)直流二極管

如圖11所示,在直流回路中并接二極管時(shí)(西門(mén)子型號(hào):3RT6926-1ER00),幾乎沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)壓的情況,但二極管方法只適用于直流回路。

圖11 直流二極管抑制浪涌的效果

6 結(jié)語(yǔ)

本文只是簡(jiǎn)要的介紹了電磁兼容在電控柜里的設(shè)計(jì)及采用的一些主要措施,還需要具體問(wèn)題具體分析。也希望通過(guò)此文,引起電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)變頻電控柜設(shè)計(jì)和布局的重視,提高電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 沙斐.機(jī)電一體化系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社.1999.


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