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近期,SFAE牟翠華工程師撰寫的關(guān)于EMC專題的文章在國(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。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，也是電柜部門的核心經(jīng)驗(yàn)。
并且牟工還通過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題。本文主要針對(duì)西門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。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。
?。?）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寄生電容可產(chǎn)生高頻脈沖噪聲電流。當(dāng)噪聲電流通過大地阻抗和動(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。為了滿足EMC產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)EN 61800-3的C2和C3類的要求，電動(dòng)機(jī)電纜最好是對(duì)稱三芯屏蔽電纜，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3芯線+對(duì)稱3芯PE線
?。?） 屏蔽安裝支架的使用
一般來(lái)說，電纜360°屏蔽搭接可通過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
?。?）孔縫的防護(hù)
在電控柜的實(shí)際應(yīng)用中，沒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，除了柜門接地外，其余機(jī)柜部件均沒有接地。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，例舉幾種常見方法抑制尖峰脈沖的效果：
?。?）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
?。?）直流二極管
如圖11所示，在直流回路中并接二極管時(shí)（西門子型號(hào)：3RT6926-1ER00），幾乎沒有出現(xiàn)過壓的情況，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，還需要具體問題具體分析。也希望通過此文，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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