فیلتر EMC ورودی اینورتر

امواج EMC که از درایو و کابلهای آن منتشر می شوند ممکن است بر دیگر دستگاههای کنترلی نزدیک درایو تاثیر منفی بگذارد. می توان با نصب فیلتر EMC انتشار این امواج را کاهش داد.

فیلتر AC خروجی (du/dt)

فیلتر AC در موارد ذیل استفاده می شود.

فیلتر AC زمانی استفاده می شود که فاصله موتور با اینورتر بیشتر از 50m باشد. اگر طول کابل موتور بیش از 50m باشد ممکن است حفاظت اضافه جریان اینورتر فالت دهد و بصاطر افزایش ظرفیت خازنی کابل جریانهای نشتی نسبت به زمین ایجاد گردد.

همچنین جهت جلوگیری از آسیب رسیدن به عایق موتور باید فیلتر (du/dt) AC در خروجی اینورتر نصب نمود.

فیلتر EMC خروجی

فیلتر EMC خروجی جهت کاهش جریان نشتی کابل خروجی و کاهش نویز رادیویی بین کابل موتور و اینورتر استفاده می شود.

ملاحضات مربوط به EMC

 EMC مخفف Electromagnetic Compatibility به معنی سازگاری الکترومغناطیسی می باشد و منظور این می باشد که یک دستگاه یا یک سیستم بتواند در یک محیط الکترومغناطیسی بصورت نرمال کار کند و امواج الکترومغناطیسی مزاحم برای سایر تجهیزات تولید ننماید. تطابق  الکترومغناطیسی در مورد یک دستگاه دو وجه دارد:

1-دستگاه نباید سطحی از اختلالات الکترومغناطیسی از خود ساطع کند که بر سرویس های رادیویی و سایر دستگاه ها تأثیر بگذارد.

2-این دستگاه باید در برابر اختلالات الکترومغناطیسی محیط، ایمنی کافی داشته باشد تا تاثیر نامطلوب نپذیرد.

بنابراین باید تمامی تجهیزات الکترونیکی تحت تست های EMC قرار گیرند تا در صورت وجود مشکلات احتمالی، به رفع آنها پرداخت. اغتشاشات الکترومغناطیسی به دو بخش کلی تقسیم می شوند :اغتشاشات هدایت شونده و اغتشاشات تابشی برای هر سیستم، استاندارد خاصی جهت تست های EMC وجود دارد که باید با توجه به آن، مشخصات تست را تعیین کرد.

اغتشاشات هدایتی آنهایی هستند که از طریق انتقال توسط هادی ها صورت می گیرد. بنابراین هر هادی مانند خطوط انتقال، کابلها، خازنها و القاگرها می تواند کانال انتفال اغتشاشات الکترومغناطیسی باشد. اغتشاشات تابشی آنها هستند که از طریق امواج الکترومغناطیسی منتقل می شوند.

سه عامل اصلی و ضروری در اغتشاشات الکترومغناطیسی شامل: منابع اغتشاش، کانالهای انتقال و گیرنده های حساس می باشند. برای مشتریان درایو راه حلهای مربوط به مشکلات EMC مربوط به کانالهای انتقال می باشد زیرا خصوصیات مربوط به منابع اغتشاش دستگاه و گیرنده ها قابل تغییر نمی باشد. در طراحی درایو باید نکات مربوط به EMC در نظر گرفته شوند تا دستگاه در حین تست دچار مشکل نشود. در صورتی که در فاز اولیه طراحی )انتصاب و طراحی مدارات الکترونیکی( به مسأله EMC توجه شود ، با هزینه کمتری می توان به سطوح قابل اطمینان در تست ها دست پیدا کرد. در فاز طراحی توجه به مسائل زیر بسیار مهم است:

1- طراحی مدار و انتصاب قطاات دیجیتال و آنالوگ

2-کابل ها و کانکتورها

3-فیلترها

4-شیلدها

5-طراحی PCB

در مسئله تداخل امواج الکترومغناطیسی هر سیستم الکتریکی یکی از نقشهایی که سیستم از لحاظ تولید، انتقال و دریافت آن را ایفا می کند که عبارتند از:

1-یک سیستم الکتریکی منبع ایجاد تداخل امواج الکترومغناطیسی است

2-یک سیستم الکتریکی به عنوان کانال انتقال دهندة امواج الکترومغناطیسی عمل می کند

3-یک سیستم الکتریکی گیرنده و تأثیر پذیر از امواج الکترومغناطیسی است . با توجه به اینکه یک سیستم الکتریکی کدام یک ازنقشهای فوق را درمسألة تداخل امواج الکترومغناطیسی دارا می باشد، می توان چاره ای برای برطرف کردن این مسأله پیدا نمود و تداخل امواج الکترومغناطیسی که پدیدة نامطلوبی است را تا حد ممکن کاهش داده و حتی آن را از بین برد.

مشخصات EMC اینورتر

منبع تولید امواج الکترومغناطیسی، تغییرات سریع میدانهای الکتریکی یا مغناطیسی است. منابع مهم تولید تداخل امواج الکترومغناطیسی، موتورهای ، رله ها و کلیدهایی که با سرعت زیاد جریان الکتریکی را قطع و وصل می کنند، می باشند.

اینورترها نیز بدلیل عملکرد کلیدزنی آنها، یکی از منابع مهم بوجود آورندة تداخل امواج الکترومغناطیسی محسوب میشوند. در اینورترها امواج الکترومغناطیسی بر اثر کلیدزنی سریع ترانزیستور و قطع و وصل سریع جریان ایجاد می شود.

همچنین تلفات کلید زنی در زمان روشن کردن و یا خاموش کردن ترانزیستور ها نیز یکی از دلایل ایجاد امواج الکترومغناطیسی است، که در هوا منتشر شده و از آنجایی که دارای هارمونیکهای با فرکانس بالایی هستند، بانوان امواج الکترومغناطیسی مصرب عمل می کنند و روی سیستمهای مصابراتی اثرات نامطلوب می گذارند

مانند بسیاری از تجهیزات الکترونیکی ، اینورترها نه تنها منابع ایجاد اغتشاشات الکترومغناطیسی می باشند بلکه گیرنده های اغتشاشات نیز می باشند. اصول کار اینورترها مشخص می نماید که آنها می توانند نویزهای الکترومغناطیسی خاصی تولید نمایند.همچنین اینورترها باید طوری طراحی گردند که قابلیت مقابله به امواج الکترومغناطیسی محیطی را داشته باشند و بصورت ایمن و قابل اطمینان کار نمایند. موارد ذیل به EMC اینورتر مربوط می شود:

1-جریان ورودی اینورترها به خاطر وجود پل دیود به صورت سینوسی و متقارن نمی باشد و باعث می شود جریان ورودی دارای هارمونیک های جریانی بالایی باشد که باعث ایجاد اغتشاشات الکترومغناطیسی ، کاهش ضریب توان و افزایش تلفات می شود.

2-ولتاژ خروجی اینورتر بصورت شکل موج  PWM فرکانس بالا می باشد. که باعث افزایش دمای موتور و کاهش عمر آنمی شود. همچنین باعث افزایش جریان نشتی و هدایت آن به تجهیزات حفاظتی می شود و ایجاد امواج الکترومغناطیسی قوی و مضر می کند. که در کار سایر تجهیزات الکتریکی اختلال ایجاد می نماید.

3-همانگونه که اینورتر یک گیرنده قوی امواج الکترومغناطیسی می باشد بنابرابن این امواج قوی می تواند به اینورتر آسیب رسانده و باعث اختلال در استفاده از آن شود.

4-در یک سیستم ،  EMS و EMI اینورتر باهم وجود دارند و هر کاهشی در EMI اینورتر باعث افزایش قابلیت EMS خواهد شد.

دستورالعمل نصب EMC

برای اطمینان از عملکرد درست تمام تجهیزات اکتریکی داخل یک سیستم یکسان بر اساس مشخصات EMC اینورترها در این بخش اصول نصب EMC بر اساس جندین مورد کاربردی مارفی می شود. این موارد شامل کنترل نویز، کابل کشی صحیح ، ارت کردن استاندارد، کنترل جریان نشتی و فیلترهای منابع تغذیه می باشد. تاثیر خوب بر EMC بستگی به اجرای درست این موارد می باشد.

1-کنترل نویز

تمام اتصالات ترمینالهای کنترلی باید توسط کابلهای شیلددار انجام گیرد. و شیلد کابل باید در قسمت ورودی ترمینال های درایو به ارت وصل گردد. اتصال زمین شیلد کابل باید بصورت حلقوی و 360 درجه برقرار شود.

اگر رشته های سیم داخل کابل بصورت به هم تابیده هستند و شیلد جداگانه دارند نباید این شیلد به شیلد اصلی و همانارت متصل شود زیرا اثر شیلد را کاهش می دهد.

برای موتور باید کابل شیلددار استفاده شود و شیلد کابل باید هم از یک طرف به ارت درایو و از طرف دیگر به بدنه موتورمتصل شود. خود بدنه موتور هم بهتر است با کابل جدا و در محل موتور ارت شود. استفاده از فیلترهای EMC نیز تاثیر زیادی در کاهش نویزهای الکترومغناطیسی دارند.

2-سیم کشی سایت

به عنوان مقدمه باید گفت که تمامی هادی ها مثل یک آنتن عمل می کنند و الکتریسته جاری را به میدان الکترومغناطیسی تبدیل می کنند که می تواند به محیط های وسیع تر نشت کند. از طرف دیگر همه هادی ها میدان هایالکترومغناطیسی محلی را که در آن واقع شده اند، به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند. بنابراین هادی ها هم درمعرض تابش بوده و هم خود تابش دارند.

بررسی ها نشان می دهد که استفاده از کابل در فرکانس های بالا، مشکلات را زیادتر می کند و نمی توان انتظار داشت که سیگنال ها را به درستی انتقال داده، از محیط بیرون تأثیر نپذیرند.

کابل کشی تغذیه اصلی :تغذیه اصلی سه فاز درایو باید از یک ترانسفورماتور مستقل گرفته شود. معمولا تغذیه اصلی بصورت 5 رشته انجام می گیرد. که سه رشته مربوط به ولتاژ سه فاز می باشد و یک رشته سیم نول و یک رشته سیم زمین. استفاده از یک سیم مشترک برای نول و زمین ممنوع می باشد.

تقسیم بندی تجهیزات: معمولا در یک تابلو کنترل تجهیزات مختلفی وجود دارد. از قبیل اینورتر، فیلتر، PLC و وسایل اندازه گیری. که هر کدام قابلیتهای متفاوتی در پخش و دریافت نویزهای الکترومغناطیسی دارند. بنابراین لازم است این تجهیزات به تجهیزات مقاوم به نویز و تحهیزات حساس به نویز تقسیم بندی گردند. هر کدام از تجهیزات مشابه باید در یک محل قرار گیرند و فاصله دستگاههای مصتلف هر گروه از هم باید حداقل 20cm باشد.

سیم کشی داخل تابلو کنترل: داخل یک تابلو کنترل معمولا سیم های کنترلی و سیم های قدرت وجود دارند. برای اینورترها کابلهای قدرت به دو بخش کابلهای ورودی و کابلهای خروجی تقسیم می شوند. کابلهای کنترل به سادگی تحت تاثیر کابلهای قدرت قرار گرفته و نویز ایجاد شده باعث اختلال در کارکرد تجهیزات آنها می شود. بنابراین هنگاه سیمکشی باید کابلهای کنترل و کابلهای قدرت از مسیرهای جداگانه و با فاصله عبور داده شوند. از عبور دادن کابلهای کنترل و قدرت به موازات هم و در کنار هم خودداری شود. و این کابلها در داکتهای جداگانه و با فاصله حداقل 20cm از هم قرارگیرند. اگر کابل قدرت و کنترل باید از روی هم عبور نمایند باید با زاویه 90 درجه عبور داده شوند.

کابلهای قدرت ورودی و خروجی اینورتر هم نباید از مسیر یکسان و کنار هم عبور نمایند. مصصوصا زمانیکه فیلتر EMC استفاده می گردد. در غیر اینصورت انتشار اثر خازنی کابلها بر روی هم باعث کاهش تاثیر فیلتر EMC خواهد شد.

سیستم ارت Ground

اینورتر باید بصورت مطمئن و ایمن ارت شود. زمین کردن صحیح سیستم بر تمام روشهای EMC تقدم دارد زیرا نه تنها باعث ایمنی تجهیزات و افراد می شود بلکه ساده ترین و کم هزینه ترین و در عین حال پراثر ترین روش در مشکلات مربوط به EMC می باشد.

بطوریکه اگر بهترین فیلترها و تجهیزات مقابله با EMC استفاده شود ولی سیستم ارت درست نباشد فایده ای نخواهد داشت.

جریان نشتی

جریان نشتی شامل جریان خط به خط و جریان نشتی به زمین می باشد. مقدار جریان نشتی بستگی به ظرفیت خازنیتوزیع شده و فرکانس کریر درایو دارد. جریان نشتی به زمین که از طریق سیم های مشترک زمین عبور می کند نه تنهاداخل درایو جریان دارد بلکه وارد سایر تجهیزات نیز خواهد شد. که باعث ایجاد جریان نشتی در کلیدها ، رله ها و سایردستگاهها شده و در کار آنها اختلال ایجاد می نماید. مقدار جریان نشتی خط به خط به مانی جریان نشتی عبوری ازطریق ظرفیت خازنی توزیع شده بین کابلهای ورودی و خروجی می باشد. که به فرکانس کریر اینورتر و طول کابلهایموتور بستگی دارد. بالا بودن فرکانس کریر و افزایش طول کابل موتور باعث افزایش جریان نشتی خط به خط خواهد شد.کاهش فرکانس کریر باعث کاهش موثر جریان نشتی می شود. در مواردی که کابلهای موتور بیش از 50 متر باشد.

EMC فیلتر

EMC فیلتر کاهش موثری در نویزهای الکترومغناطیسی دارد. بنابراین توصیه می شود برای اینورتر استفاده شود.  برای این منظور به دو صورت عمل می شود:

1-می توان فیلتر EMC را در ورودی اینورتر استفاده نمود.

2-می توان از تجهیزات ایزوله برای سایر دستگاهها استفاده نمود. مانند تراسفورمر ایزوله یا سایر فیلترها در ورودی دستگاهها.

 استاندارد های نصب  EMC

برای  EMCاستانداردهای خاصی درنظر گرفته شده است که بصورت عمومی مطرح می شوند. به استثناء دستگاههای خاصی که استانداردهای مصصوص دارند. استانداردهای خاص عمومی که معمولا مطرح می باشند:

استاندارد  EN61000-6قسمتهای 1و  2مربوط به ايمنی و مصونيت

استاندارد  EN61000-6قسمتهای 3و 4مربوط به انتشار امواج

استاندارد مخصوص کنترل کننده های دور موتور  EN61800-3قسمت 3می باشد.

استاندارد EN-61800-3دو نوع محيطهای صنعتی را پوشش می دهد

محيطهای نوع اول که بصورت مشترک با کاربران خانگی از يک شبکه ولتاژ پايين عمومی تغذيه می شوند.

محيطهای نوع دوم که ولتاژ بالای 1000Vمی باشند و جدا از کاربران خانگی هستند.

 : Category C1مربوط به نصب دراِيو در محيطهای نوع اول می باشد که ولتاژ کمتر از 1000Vاست و معمولا از شبکه برق عمومی تغذيه می شود.

 : Category C2  مربوط به نصب درایو در محیطهای نوع اول می باشد که ولتاژ کمتر از 1000V است و درایو باید توسط یک فرد حرفه ای نصب و راه اندازی گردد که ملاخظات مربوط به EMC را رعایت نماید.

- درایو باید با فیلتر EMC تجهیز گردد

- کابلهای موتور و درایو باید از کابلهای استانداردگفته شده استفاده گردند.

- درایو باید دقیقا با دستورالاملهای گفته شده نصب گردد

- حداکثر فاصله موتور تا درایو باید 100 متر باشد.

: Category C3 مربوط به نصب درایو در محیطهای نوع دوم می باشد که ولتاژ کمتر از 1000V می باشد. و برای نصب در محیطهای اول در نظر گرفته نشده است.

- درایو باید با فیلتر EMC تجهیز گردد

- کابلهای موتور و درایو باید از کابلهای استانداردگفته شده استفاده گردند.

- درایو باید دقیقا با دستورالاملهای گفته شده نصب گردد

- حداکثر فاصله موتور تا درایو باید 100 متر باشد.

 : Category C3مربوط به نصب درایو در محیطهای نوع دوم می باشد که ولتاژ کمتر از 1000V می باشد. و برای نصب در محیطهای اول در نظر گرفته نشده است

 : Category C4مربوط به نصب درایو در سیستمهای مرکب در محیطهای نوع دوم می باشد که ولتاژ برابر یا بالاتر از 1000V و جریان بالاتر از 400A می باشد.

- درایو باید با فیلتر EMC تجهیز گردد

- کابلهای موتور و درایو باید از کابلهای استانداردگفته شده استفاده گردند.

- درایو باید دقیقا با دستورالاملهای گفته شده نصب گردد