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闲聊EMC(十一)--典型问题一

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2018-01-24 10:17:26

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 回顾

之前,介绍驱动系统的EMC相关问题有:

  • EMC基本概念

  • 驱动系统中驱动器作为EMI的典型特点

  • 耦合路径

  • 处理措施,如屏蔽、接地与滤波等

在工程系统设计与应用中EMC所涉及的前期设计,安装、调试以及后期维护和问题处理基本的思路是:在确定系统中的干扰源与受扰体下,如何“控制”干扰信号的路径。

EMC的典型问题:

  • Q1:高频干扰电流在电网PCC点的设备无法正常工作问题;

  • Q2:低频谐波问题;

  • Q3:轴电流问题;

  • Q4:现场系统中的网络通讯异常问题;

  • Q5:辅助或控制供电电源不稳定问题;

  • Q6:辅助设备,二类机电等电磁干扰问题;

  • Q7:编码器、测速机等干扰问题;

  • Q8:I/O(模拟与数字)接口等干扰问题等。

问题一:

高频干扰电流在电网PCC点的设备无法正常工作问题


PCC基本定义:

 

 1.现场案例

Case1:某冲模工厂有4台压机,由一个供电变压器供电。

 系统配置

 

 辅传动G120 PM240的原理框图(1/2/3)

 辅传动第三方 ISU+INU原理框图(4)

问题描述:

当第三方变频器起动后,安装了进线电抗器的西门子G120变频器直流母线电压升高,此时起动G120变频器,变频器会报过电压等故障。

Case2:某冲压车间,由一个供电变压器供电(三相五线制)。供电回路采用封闭母线桥方式。

传动配置:采用S120柜机,由2台380V,900kW ALM并联给2台800kW电机模块供电。

  ALM+AIM基本工作原理图

问题描述:

  • 同一个电网下液压站中SITOP电源模块进线断路器在传动ALM起动后发热严重,持续一端时间后跳闸,ALM不运行则没有任何问题;

  •  同一个电网下的第三方变频器前置滤波器发热损坏;

  • 同一个电网下的西门子软起动器损坏(损坏的位置基本都是控制板上的浪涌过压保护);

  • 供电系统中的N与PE之间有很大的电压差。


2.问题分析

首先,确定干扰源。

从问题描述来看,两个case中整流装置的运行与否直接影响到在PCC点其他设备的运行状态。

其次,分析两个case中的干扰源性质。

case中的整流装置都采用了IGBT整流电路,PWM调制方式,也就是所谓有源前端(AFE)工作模式这样,从PCC点到整流装置的馈电回路中,由于分布电容将产生高频漏电流(请参考变频器作为EMI的特点)。高频漏电流干扰源遵循“谁产生,回哪去”原则,AFE产生的高频漏电流必然通过一定的路径返回至AFE本身。

最后,需要确定高频干扰电流的耦合路径。

上述两个case电网系统都是TN类型的系统,即变压器星形接法,中性点接地。根据现场工程师所做的测试工作,可能的高频干扰漏电流的几条耦合路径:

 ILeakage10,对于AFE整流装置,无论是西门子还是第三方产品都配置了进线滤波器,很显然,相当一部分的高频漏电流是通过Filter1路径返回至干扰源(AFE)。

ILeakage11,由于变压器中性点接地,所以也将在变压器二次绕组中性点作为高频漏电流返回干扰源(AFE)的路径。在case2中,现场工程师测量N与PE之间存在幅值较高的高频噪声。同时,也包括变压器至变频器的供电回路电缆对地分布电容等。

ILeakage2,在PCC点处其他设备将作为一部分高频漏电流流回干扰源(AFE)的路径,从而引起设备运行异常或烧损。

3.解决方案

在了解相关耦合路径后,通过“控制”高频干扰漏电流的耦合路径,可以将问题解决掉。原则是提供最小阻抗路径规划导引高频干扰漏电流回至干扰源(AFE)。

一方面:采用将受扰设备“旁路”的规划路径,减小对受扰设备的影响;另一方面:增加受扰体与PCC之间的阻抗。


 方式一:

通过在增加进线滤波器Filter2实现低阻抗回路,“旁路”在PCC处的其他设备,从而大大减小对受扰体的影响。

 Case2 实际现场的设备配置图

通过增加的进线滤波器,解决了PCC其他设备运行不稳定或烧损的情况。

 方式二:

通过增加隔离变压器,实现PCC点处的设备与干扰源(AFE)的隔离,实现对高频干扰电流的“高阻”隔离,从而减小对受扰设备的影响。在case2中对于SITOP电源过负载保护采用了这样方式。

对于case1,诊断工程师推荐了方式二。

总结

从上述现场实际case可以看到,对于高频干扰电流提供最低阻抗回路是解决问题的根本,所以在系统设计与安装调试阶段,一定要将整个系统接地做好,不仅是安全保护接地,同时对于高频干扰将具有重要意义。比如若接地阻抗ZGround10若对于高频干扰电流的足够小,那么也许后期设备投入运行时,驱动设备自身设计的滤波器等措施足以满足现场EMC要求,从而大大减小现场设备运行的故障情况。

由于EMC问题的复杂性,分析与处理方法可能会有不同和不足,对于实际问题的分析,希望能抛砖引玉,深入讨论,进一步处理实际工程问题。

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