工業變頻器的電磁兼容標準須（xū）知

國際電工委（wěi）員會 (IEC) 發布的關於變速（sù）驅動（dòng）係（xì）統的相應終端設備標準包括針對 EMC 和 EMI 的 IEC 61800-3 以及針對係統安（ān）全要求 (包括隔離) 的 IEC 61800-5-1。IEC 61800-3 標準中指（zhǐ）（）定的 EMC 和 EMI 要求取決於變頻器（qì）所屬的類（lèi）別。 類別範圍從C1到C4，且規定了變（biàn）頻器的最高額定電壓和可以安裝使用的環境。 變頻器的最高額定電壓可以小於1000V，也（yě）可以大（dà）於1000V。分以下兩種環境：

第一種環境是指在由公共電網供電的房屋或辦公樓等住（zhù）宅樓宇中使（shǐ）用變頻（pín）器。 而第二個環境（jìng）是指在由專用變壓器供電的工業區（qū）域中使用的要求，該變壓器（qì）提供 480V、560V 或 690VAC 等三相電壓。 在這篇博文中，我將（jiāng）重點介紹第 2 類 (C2) 和第 3 類 (C3)，並指導您觀看相（xiàng）應的培訓（xùn）視頻係列。

C2類變頻器（qì）的額定電壓在1000V以下（xià），適合在第一類環境中使用，但不能插拔，也不能由專業人（rén）員移動（dòng）和安裝。 C3類 變頻器的額定電壓也低於 1000V，但僅限於在第二類環境中使用。

半導體在器件級（jí）別也有（yǒu）自己特定的 EMC 要求和隔離等級。 表 1 中顯示了一些（xiē）示例。

表1 半導體器（qì）件級別標準

工業變頻器是如何（hé）對應EMC 抗擾度（dù）、EMI 和隔離要求的？相應的（de）測試是什（shí）麽樣的？圖 1 顯示了一個工（gōng）業變頻器的簡化架構，它被劃分為各種子係統，並在機櫃外提供可訪（fǎng）問的接口和連接器（qì）。浪湧 (Surge) ，電快速（sù）瞬變 (EFT) 或者靜電放電 (ESD) 等 EMC 抗擾度測試幹擾（rǎo）信號（hào）施加於每個子係統的接口連接器。 具有可訪問接口或連接器的（de）典型子係統包括（kuò）通信接口（kǒu），用戶輸入和輸出 (I/O) 接（jiē）口，位置反饋接口，動力線接口和交流電（diàn）源輸入。

圖1. 工業變頻器EMC 抗擾度（dù）測試信號示例

EMC 抗擾度

讓我們看看 EMC 抗擾度要求和測試方（fāng）法。 IEC 61800-3 規定了幹擾電壓等級和測試通過判據等 EMC 抗擾度要求，並（bìng）參考了 IEC 61000-4-x 標準，該標準描述了 ESD、EFT 和Surge的測試方法和測試平台搭建。 第（dì）二種環境的 EMC 抗擾（rǎo）度要求較高，而第一種環境的 EMC 抗擾（rǎo）度要求較低（dī）。 因此，我們關注第（dì）二環境。 圖 2 顯示了針對第二種環境的（de） IEC 61800-3 EMC 抗（kàng）擾度要求（qiú）的摘錄（lù）。

圖2. 第二種環境中IEC 61800-3 的EMC抗（kàng）擾度要求

每個端（duān）口都需要通過特定的過電壓幹擾，如 IEC 61000-4-4 標準中針對 +/- 2kV 電壓等級的快速瞬變脈（mò）衝群 (EFT) 所規定的。

我們（men）如何驗證變頻器是否通（tōng）過了測試？ 因此，如圖 2 所示的性能驗（yàn）收標準是驗證終端（duān）設備相關 EMC 測試的一個非常重要的依據。

判據A 規定在 EMC 測試期間或之（zhī）後不得影響變頻器正常工（gōng）作性能。

判據B 規定臨時性能下（xià）降僅在 EMC 測試期間是可接受（shòu）的。在EMC 測試之後，變頻器必須在沒有任何人工幹預的（de）情況（kuàng）下（xià）恢複並以正常工作性能運行。

判據C規定（dìng）在（zài）測試期間暫時的功（gōng）能或性能損失是可以（yǐ）接受的，並允許手動幹預，如重新上下電或硬件複位重置來恢複（fù）正常運行狀態。

與通常根據判據C 進行驗證的（de）大多數半（bàn）導體不同（tóng），終端設（shè）備必須至少滿足判據 B 或（huò） A，其中 A 規定了係統即使在 EMC 測試期間也必須保持指（）定的性能。對於（yú）許多供應商而言，IEC61000-4-4 定義的快速瞬變脈衝群 (EFT) 抗擾度實驗是證明工業變頻（pín）器穩健性的最（zuì）重要的 EMC 抗擾度（dù）測（cè）試。這是因為通過逆變器 PWM 開關電（diàn）壓耦合到電纜或印刷電路（lù）板的脈衝噪聲對變頻器性能的影響與快速（sù）瞬變脈衝群 (EFT) 相似。

您如何設計（jì）符合 EMC 標準的子係統？ TI 工業變（biàn）頻器參考設計旨在滿足工業變頻（pín）器的 EMC 抗擾度要求。 例如，絕對式編碼器的通用（yòng）數字接口參考設計為四線和兩線編（biān）碼器設（shè）計了符合 EMC 標準（zhǔn）的 RS-485 接口。 該參（cān）考設計符合 IEC 61800-3 要求，通過了比標準定義高出兩倍的所需測試電壓。

EMI 電（diàn）磁發射

IEC 618000-3 還規定了（le）變頻器（qì）的電磁對外發射要求，並參考標準 CISPR 11 A 類和等效（xiào）的歐洲標準 EN 55011 A 類標準進行特定測試平台搭建。 CISPR 是 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques 的簡稱。 輻（fú）射發射是（shì）在 30MHz 至（zhì） 1GHz 的頻帶內測量的。 對於屬於 IEC61000-3 類別 2 或 3 的工（gōng）業設備，需要滿足準峰值限值以分貝（微伏每米）為單位的電（diàn）場強度，如表 3 所示。

表3. 30MHz到1000MHz頻帶下的輻射發射限值 (參考 IEC-61800-3, Table 15)

符合 EMI/EMC 標準的工業溫度雙網口千兆以太網 PHY 參考設計，這個設計是通過 IEC 61800-3 EMC 抗擾度要求並低於 EN 55011/CISPR 11 A 類輻射發射限值要（yào）求（qiú） 4.3dB 的一個很（hěn）好（hǎo）的例子。