工業變頻器的電磁兼容標準須知（zhī）

國際電工委員會 (IEC) 發布的關於變速驅動係統的相應終端設備標準包（bāo）括針對 EMC 和 EMI 的 IEC 61800-3 以及針對係統安全要求 (包括隔離) 的 IEC 61800-5-1。IEC 61800-3 標準中指（）定的 EMC 和 EMI 要求取決於變頻器所屬的類別。 類別範圍從C1到C4，且規定了變頻器的最高額定電壓（yā）和可以安裝使用的環境。 變頻器的最（zuì）高額定電壓可以小（xiǎo）於1000V，也可（kě）以大於（yú）1000V。分以下兩種環境：

第一種環境（jìng）是指在由公共電網供電的房屋或辦公樓等住宅樓宇中使用變頻器。 而第二個環境是指在由專用變壓器供電的工業區域中使用的要求，該變壓器提供 480V、560V 或 690VAC 等三相電壓。 在這篇博文中，我將重點介紹第 2 類 (C2) 和第 3 類 (C3)，並（bìng）指導（dǎo）您觀（guān）看相應（yīng）的培訓視頻係列。

C2類變頻（pín）器的額定電壓在1000V以（yǐ）下，適合在第一（yī）類環境中使用，但不能（néng）插拔，也不能由專業人（rén）員移動和安裝。 C3類 變頻器（qì）的額定電壓也低（dī）於 1000V，但僅限（xiàn）於在第二類環境中使用。

半導體在（zài）器件級別也有自己特定的 EMC 要求和隔離等級。 表 1 中顯示（shì）了一些示例。

表1 半導體器件級別標準

工業變頻器是如何對應EMC 抗擾度、EMI 和隔離要（yào）求的？相應的測試是什麽樣的？圖（tú） 1 顯示了一個工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問的接口和連接器。浪湧 (Surge) ，電快速瞬變（biàn） (EFT) 或者靜電（diàn）放電 (ESD) 等 EMC 抗（kàng）擾度測試幹擾信號施加於每個子（zǐ）係統的接口連接器。 具有可訪問接口或連接器的典型子係統包括通信接口，用戶輸入和輸出 (I/O) 接口，位（wèi）置反饋接口，動力線接口和交流（liú）電源輸入。

圖1. 工業變頻器EMC 抗（kàng）擾度測試（shì）信號示（shì）例

EMC 抗擾度（dù）

讓我（wǒ）們看看 EMC 抗（kàng）擾度要求和測（cè）試方法。 IEC 61800-3 規定了幹擾電（diàn）壓等（děng）級和（hé）測試通過判據等 EMC 抗擾度要求，並參考了 IEC 61000-4-x 標準（zhǔn），該標準描（miáo）述了 ESD、EFT 和Surge的測試（shì）方法和（hé）測試平台搭建。 第二種環境的 EMC 抗（kàng）擾度要求較高，而第一種環（huán）境的 EMC 抗擾度要求較低。 因此，我們關注第二環境。 圖 2 顯示了針對第二種環境的 IEC 61800-3 EMC 抗擾度要求的（de）摘錄。

圖2. 第二種環（huán）境（jìng）中IEC 61800-3 的EMC抗擾度要求

每個端口都需要通過特（tè）定的過電（diàn）壓幹擾，如（rú） IEC 61000-4-4 標準中針對（duì） +/- 2kV 電壓等（děng）級的快（kuài）速瞬變脈衝群 (EFT) 所規定的。

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

判據A 規定在 EMC 測試期（qī）間或（huò）之後（hòu）不得影響變頻器正常工作（zuò）性能。

判據（jù）B 規（guī）定臨時性能下降僅在 EMC 測試期間是可接受的。在EMC 測試之後，變頻器必須在沒有任何人工幹預（yù）的情況下恢複並以正常工作性能運行。

判（pàn）據C規定在測試期間暫時的功能或性能損失是（shì）可以接受的，並允許手動幹預，如重新上下電或硬件複位重置來恢複正常運行狀態（tài）。

與通常根據判據C 進行驗證的大多數半導體不同，終端設備必（bì）須至少滿足判（pàn）據 B 或 A，其（qí）中 A 規定了係統即使在 EMC 測試期（qī）間也必須（xū）保持指（）定的性能（néng）。對於許多供應商而言，IEC61000-4-4 定義的快速瞬變脈衝群（qún） (EFT) 抗擾度實驗是證明工業變頻器穩健性的最重要的 EMC 抗擾度測試。這是因為通過逆變器 PWM 開關電壓耦合（hé）到（dào）電纜（lǎn）或印（yìn）刷電路板的脈衝噪聲對變頻器性能的（de）影響與快速瞬變脈衝群 (EFT) 相（xiàng）似。

您如何設計符合 EMC 標準的子係統？ TI 工業變頻器參考設計旨在滿足工業變（biàn）頻器的 EMC 抗擾度要求。 例如（rú），絕對式編碼器的通用數字接口參（cān）考（kǎo）設計為四線和兩線編碼器設計了符合 EMC 標準的 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（suǒ）需測試電壓。

EMI 電磁發射

IEC 618000-3 還規定了變頻器的電磁對外發射要求，並參考標準 CISPR 11 A 類和等（děng）效的歐洲標準 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（de）簡稱。 輻（fú）射發射是在 30MHz 至 1GHz 的頻帶內（nèi）測量的。 對於屬於（yú） IEC61000-3 類別 2 或 3 的工業設備（bèi），需要滿足準（zhǔn）峰值限值以分貝（微伏每米）為單位的電場強度，如表 3 所示。

表3. 30MHz到1000MHz頻（pín）帶下的輻射發（fā）射限值 (參考（kǎo） IEC-61800-3, Table 15)

符合 EMI/EMC 標準的工業溫度（dù）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（yào）求並低於 EN 55011/CISPR 11 A 類輻射發射（shè）限值要（yào）求（qiú） 4.3dB 的（de）一個很好的例子。