变频器的EMC标准及典型试验方法

EMC是Electromagnetic Magnetic Compatibility的简称，中文是电磁兼容性。EMC是指“设备在电磁环境中正常工作的能力，而不会对环境中的其他设备造成不可容忍的干扰”。

在日益复杂的系统中，电力电子设备与微电子设备的结合使用日益增多，这意味着在确保复杂系统和设备正常运行时，电磁兼容性已成为一个极其重要的问题。因此，在设备和系统的规划阶段就必须考虑到电磁兼容性问题。

变频器适用于调速电驱动系统(Power Drive Systems，简称PDS)的EMC产品标准GB 12668.3，标准名称：调速电气传动系统 第3部分：电磁兼容性要求及特定的试验方法，等同于国际标准IEC61800-3。下面就标准对PDS的抗扰度要求和电磁发射要求进行简要介绍。

一、概述

GB 12668.3标准根据应用环境条件定义了抗干扰性要求和干扰发射限值。按照安装位置，将环境分为“第一类”和“第二类”。

第一类环境

包括民用房屋的环境，也包括不经过中间变压器而直接连接到向民用建筑物供电的低压供电网的应用环境。

第二类环境

包括除直接连接到向民用建筑物供电的低压供电网的应用环境外的所有环境。

根据变速驱动器的安装位置和输出电流，PDS产品分为四种类别(C1到C4)：

C1类PDS

额定电压<1000V，在“第一类”环境中使用不受限制的驱动系统。

C2类PDS

额定电压<1000V，在“第二类”环境中的固定位置使用的驱动系统。既不是插入式设备也不是移动式设备，并且当用于第一类环境时，规定为只能由专业人员安装和调试的PDS。必须遵守制造商提供的警告和安装信息。

C3类PDS

额定电压<1000V，在“第二类”环境中使用的不受限制的驱动系统。

C4类PDS

额定电压 ≥1000V或额定电流≥400A，用于“第二”环境中的复杂系统的驱动系统。

在“第一类”环境(即民用环境)中，允许的干扰等级较低。因此，设计用于“第一类”环境的设备必须具有低的干扰发射。但同时，它们只要求相对较低的抗干扰性。

在“第二类”环境中(即工业区)，允许的干扰等级较高。为在“第二”环境中使用而设计的设备允许具有相对较高水平的干扰发射，但它们也要求具有较高水平的抗干扰性。

所有试验评价，都是在产品的端口上进行，PDS产品内部接口和端口示意如下：

针对PDS及其子部件按给定骚扰的影响，抗扰度试验分为A、B、C三种验收(性能)准则：

二、抗扰度测试要求：低频骚扰

理想电力系统：单一频率，单一波形(正弦)。

现代电力电子装置的大量出现，非线性负荷的适用，供电电源与用电设备间的非线性接口电路等，都不可避免的产生很强的电流谐波及电磁干扰，对电力系统的安全构成潜在的威胁。为此，GB 12668.3规定了PDS电源端口上的谐波和换相缺口/电压畸变的抗扰度要求。

2.1谐波和换相缺口/电压畸变

PDS设备应能承受下表给出的抗扰度等级。

2.2、电压偏差(变动、变化、波动)、电压跌落和短时中断

电压跌落是电网中偶尔产生的短路、接地故障，或负荷突然出现大的变化所造成的。电压短时中断则可能是故障情况下的连续快速重合闸造成的,持续时间可能短于0.5s。

GB 12668.3规定了PDS系统或部件电压偏差(变动、变化、波动)、电压跌落和短时中断抗扰度要求如下。

2.3、电压不平衡和频率变化

出现不平衡有多方面的原因，比如说出现了断线的故障，如果断线，没有接地或者隔离开关没有接通，就会导致三相参数不对称，直接会出现电压不平衡的问题。

电压不平衡一般用负序(或零序)分量与正序分量之比来定义。

电力系统的频率变化是多方面因素决定的。小的频率波动可能是由于可再生能源发电的不稳定和负载变化造成的。大的频率波动则是由于发电机组或重要输电线路的故障造成的。

GB 12668.3规定了PDS系统或部件电压不平衡和频率变化抗扰度要求如下。

三、抗扰度测试要求：高频骚扰

3.1第一类环境

用于第一类环境的PDS产品，应满足如下测试要求。

如果是CDM/BDM产品，则应在使用说明书中包含一个书面形式的警告，指明其预期用途不是工业装备。

3.2、第二类环境

如下抗扰度等级适用于预期用途为第二类环境的PDS设备。同时也适用于额定电压高于1 000V的PDS的低压端口或低压接口(电源、信号)。

注：额定电压高于1000V的PDS的低压端口和接口示例：

低压机壳端口：辅助设备、控制和保护的机壳

低压电源端口：PDS的低压电源

低压电源接口：PDS主要部件内的辅助电源配电

低压信号接口：PDS主要部件内的低压信号接口

低压过程端口：PDS的信号端口

对于施加到额定绝缘电压高于1 000V的端口上来说，这些现象是不恰当的。这类端口称为额定电压高于1000V的PDS的高压端口。

注：额定电压高于1000V的PDS的高压端口和接口示例：

高压机壳端口：变压器、变流器部分和电动机的机壳

高压电源端口：变压器的一次侧

高压电源接口：PDS主要部件内的高压配电

高压信号接口：PDS主要部件内的高压信号接口

3.3、电磁场抗扰度补充说明

如果PDS是一下情形，应按照GB/T 17626.3和IEC 61000-4-6试验：

—— 额定电压不高于500 V;

—— 额定电流不大于200 A;

—— 总质量不大于250 kg;和

—— 高度、宽度和深度不大于1.9 m。

如果PDS的额定值大于或高于以上段落中的值，则需要在以下两个选项中做出选择：

—— 在PDS上进行GB/T 17626.3和IEC 61000-4-6中的项目;或者

—— 在敏感子部件上进行GB/T 17626.3和IEC 61000-4-6中的项目。

如果电动机太大以至于不能再试验场地投入使用，只要对CDM/BDM的运行没有不利影响，就可以用较小尺寸的电动机替代进行试验。

在只是已经对子部件进行试验的情况下，应在成套PDS上进行与一般工业用途的无线电通信设备的对比试验。这一试验只对特定场所、所安装设备和所试验频率有效。

4、发射测试

PDS依据产品类别应分别满足相应的要求，其中C1、C2、C3需要进行符合性验证，对于C4类按照标准6.5完成工程设计实践。

在PDS不符合C1类的限值的场合，应在使用说明书中包括以下警告：

五、试验方案

5.1电波暗室法

试验项目简介：

CISPR 16等标准规定，EUT需要在开阔场地或电波暗室进行30MHz以上的辐射发射测试。EUT放在地平面上规定的高度并模拟正常运行状态来布置。天线按规定的距离放置。在水平面内旋转EUT并记下最大的读数。再调节天线高度，使直射波和地面反射波接近或达到同相叠加，找出最大的骚扰值。

测量距离：是指EUT最接近天线的一点与天线的中心在地面上的投影间的距离。优先采用10米法，可选3米法。

天线高度：天线距离地面的高度应在规定的范围内变化，以便获得直射波和反射波同相位时会出现的最大读数。对于测量距离≤10米时，天线高度最好在1m~4m间变化。

辐射发射测试布置示意图

射频电磁场辐射抗扰度试验用来模拟设备遭受射频辐射干扰的情形，尤其是模拟设备周围人员在使用移动电话时可能对设备带来的影响。尽管单个手机的功率并不大，但由于距离近，有可能造成局部场强很高的情况。其他如无线电台、电视发射台、移动无线电发射机、各种工业电磁辐射源，以及电焊机、可控硅整流器、荧光灯等在工作时也会对设备产生辐射现象。最新标准所规定的频率范围为：80MHz - 6GHz;测试场强在1 - 30V/m之间。

射频电磁场测试布置示意图

审核编辑：汤梓红