Инструкции по электромагнитной совместимости приводов - Указания по проектированию

Что такое EMC

Правила EMC созданы для «электромагнитной совместимости» и описывают способность прибора полноценно работать в электромагнитной окружающей среде,  при этом не создавая помех для других приборов, работающих в этой же среде. Различные приборы не должны оказывать взаимных помех.

Излучение помех и помехоустойчивость

EMC зависит от двух свойств рассматриваемых приборов: излучение помех и помехоустойчивость. Электрический прибор может излучать помехи (передатчик) и/или воспринимать помехи (приемник). 

Электромагнитная совместимость выполняется, когда имеющийся источник помех не оказывает влияния на функционирование прибора, находящегося в зоне воздействия этих помех. 

Прибор может быть одновременно и источником и приемником помех. Так например, силовая часть преобразователя тока выступает в роли источника помех, а блок управления – в роли приемника.

Граничные значения

Для электроприводов предназначены промышленные нормы EN 61800-3 (IEC 1800-3, DIN 160 Часть 100). Согласно этим нормам для индустриальных сетей должны безусловно выполняться все мероприятия по EMС и ее свойства должны соответствовать фактически прилегающей внешней среде. Таким образом, можно добиться более  благоприятного экономичного решения   повышения помехоустойчивости чувствительных приборов в сравнении с мероприятиями по радиопомехам в преобразователе. Поэтому выбор решения зависит от экономичности.

Частично продлено содержание норм EN 55011. Они определяют граничные значения для излучения помех в промышленности и в быту. Измеряются кабельные помехи на подключении к сети по нормированным условиям в виде напряжения радиопомех, электромагнитное паразитное излучение в виде  радиопомех. Нормами определяются граничные значения «А1» и «В1», которые действительны для напряжений радиопомех в диапазоне между 150 кГц и 30 МГц и для излучения радиопомех в диапазоне между 30 Мгц и 2 ГГц. Преобразователи SIMOREG используются в промышленном диапазоне, для которого применяется граничная величина А1. Для достижения граничного значения А1 в преобразователях SIMOREG предусмотрен внешний фильтр радиопомех.

Помехоустойчивость описывает особенности прибора при воздействии на него электромагнитных помех. Требования и критерии оценки для этих особенностей прибора в промышленной сфере регулируются нормами EN 50082-2. Эти нормы выполняются всеми приведенными в следующей главе преобразователями.

Незаземленная сеть

В промышленных целях используют незаземленные сети (т.н. IT-сети), чтобы повысить коэффициент готовности оборудования. В случае заземления течет ошибочный ток и установка не может работать далее. Что касается фильтра радиопомех, то возникший в случае заземления ошибочный ток может привести к отключению привода или к повреждению фильтра. Промышленные нормы поэтому для таких сетей не устанавливаются. Из экономических соображений радиопомехи в случае необходимости должны гаситься на заземленной первичной стороне питающего трансформатора.

Планирование EMC 

Если два прибора не имеют электромагнитной совместимости, Вы можете снизить излучение помех у источника или повысить помехоустойчивость приемника. 

Источник помех – это чаще всего прибор с силовой электроникой и большим токопотреблением. Чтобы уменьшить его излучение, требуется применение фильтра. Приемник помех – это, прежде всего, управляющие приборы и сенсоры вместе с их устройствами обработки данных. Повышение помехоустойчивости от силовых электроприборов не влечет больших расходов.  Поэтому в примышленной сфере из экономических соображений зачастую повышение помехоустойчивости выгоднее, чем снижение излучения помех. Чтобы соблюсти, например,  граничное значение А1 по EN 55011, напряжение радиопомех при подключении к сети в диапазоне от 150 до 500 кГц может составлять 79 dB (μV) и в диапазоне между 500 кГц и 30 МГц максимум 73 dB (μV) (9 mV или 4,5 mV).

В промышленной сфере EMС прибора должна основываться на исходном совмещении излучения помех и помехоустойчивости.

Экономичной мерой устранения помех является пространственное разделение источников и приемников помех, предусмотренное при планировании станка ли установки. Сначала каждый прибор обследуется на предмет, является ли он потенциальным источником помех или их приемником. Источниками помех в этой связи являются, например, преобразователи тока и пускатели. Приемниками помех могут быть, например, контроллеры, датчики и сенсоры.

Компоненты в электрическом шкафу (источники и приемники помех) пространственно разделены, в противном случае они разделяются металлическими листами или встраиваются в металлические корпуса. Рис. 5/35 показывает возможную компоновку компонентов в электрошкафу.

Область применения

В промышленности помехоустойчивость приборов должна быть очень высокой, в то время, как излучение радиопомех должно быть очень низким.

Преобразователи SIMOREG являются компонентами электрических приводных систем, как и контакторы, пускатели и переключатели. Персонал должен встраивать их в систему привода, которая состоит, как минимум, из преобразователя, кабелей двигателя и самого двигателя. Чаще всего  требуются еще и коммутирующие дроссели и предохранители.

Поэтому также должен решаться вопрос о технически правильном решении, соблюдать ли граничное значение или нет. Для ограничения излучения помех по граничному значению А1 преобразователю требуются как минимум специально предназначенный для этого фильтр радиопомех и коммутирующий дроссель. Без фильтра излучение помех преобразователем SIMOREG лежит выше граничного значения А1 EN 55011.

Если привод является частью какой-либо установки, он первоначально не нуждается в выполнении требований относительно излучения помех. Однако, правила EMV требуют, чтобы установки как единое целое устройство имело электромагнитную совместимость с окружающей средой.

Если все управляющие компоненты установки (например, контроллеры) имеют степень помехозащищенности, приемлемую для промышленности, то каждый привод не обязан поддерживать граничное значение А1.

Дизайн [PDF]

Дизайн

Общая часть

Т.к. привод может использоваться в различных средах, а дополнительно установленные компоненты (системы управления, переключающая аппаратура и т.д.) в смысле помехоустойчивости могут значительно различаться, любые правила построения привода могут представлять собой всего лишь компромисс. Поэтому в каждом конкретном случае индивидуальные проверки могут отличаться от правил EMС.

Чтобы электромагнитная совместимость (EMС) была обеспечена в Вашем электрошкафу в электрически неблагоприятной среде и датчики положения выполняли предусмотренные нормами требования, при конструировании и построении привода следует выполнять следующие правила EMС.

Правила с 1 по 10 являются действительными для всех. Правила с 11 по 15 требуются для выполнения норм по излучению помех.

Правила построения привода в соответствии с ЕMC

Правило 1

Все металлические части электрошкафа являются плоскими и хорошо прилегают друг к другу для обеспечения проводимости (не допускается контакт лака с лаком!). В противном случае использовать контактные шайбы или шайбы, процарапывающие лакокрасочное покрытие. Дверцы шкафа связывают по возможности короткими проводниками (вверху, в середине, внизу) с массой шкафа.

Правило 2

Пускатели, реле, магнитные вентили, электрические счетчики моточасов и т.д. в шкафу (или альтернативно в соседнем шкафу) должны быть обвязаны гасящими элементами, например, RC-цепочками, варисторами, диодами. Обвязка должна производится непосредственно на катушке того или иного реле (пускателя и т.д.).

Правило 3

Сигнальные кабели ¹⁾ прокладывать в шкафу только на одном уровне.

Правило 4

Неэкранированные кабели одинаковых токовых цепей (подводящие и отводящие кабели) должны быть по возможности свиты или поверхность между этими кабелями должна быть по возможности малой, чтобы исключить возникновение «рамочной» антенны.

Правило 5

Резервные жилы на обоих концах кабеля связать с массой шкафа²⁾. Благодаря этому достигается дополнительное экранирование.

Правило 6

Ненужные длины кабелей следует укоротить. Таким образом значительно снижается паразитная емкость и индуктивность.

Правило 7

Значительно снижаются перекрестные помехи, когда кабели проложены вблизи массы шкафа. Поэтому монтаж внутри шкафа не прокладывать свободно, а по возможности плотно к корпусу шкафа или к монтажному листу. Это действительно также и для резервных кабелей.

Правило 8

Сигнальные и силовые кабели должны быть пространственно разделены (для исключения паразитных связей). Минимальное расстояние составляет 20 см.

В случае, если пространственное разделение между кабелями датчиков и двигателей не возможно, необходимо кабели датчиков проложить с разделяющим металлическим листом или в многократно заземленном металлическом коробе (трубе).

Правило 9

Экран цифровых сигнальных кабелей присоединяется к заземлению с обеих сторон кабеля (у источника и у цели) с большой площадью контакта и хорошей проводимостью. При плохом выравнивании потенциалов между подводами экранов необходимо для понижения тока экрана проложить дополнительный выравнивающий провод с минимальным сечением 10 мм². Предпочтительно экран должен быть многократно связан с корпусом шкафа (заземлением). За пределами шкафа экран также должен быть наложен многократно. 

Экран из фольги не является достаточным. Его экранирующие свойства по сравнению с экраном из оплетки ниже в 5 раз.

Правило 10

Экран аналоговых сигнальных кабелей может быть присоединен при хорошем выравнивании потенциалов также с двух сторон к земле (большой площадью контакта и при хорошей проводимости).  Хорошего выравнивания потенциалов можно достичь, когда все металлические части хорошо связаны между собой и раздельные электрические компоненты питаются от одного блока питания.

Одностороннее наложение экрана снижает низкочастотные, емкостные паразитные связи (например, фон 50 Гц). Подключение экрана тогда должно производиться в шкафу, причем экран может подключаться с помощью вспомогательной жилы.

Правило 11

Размещение фильтра радиопомех вблизи предполагаемого источника помех. Фильтр плоско крепится к корпусу шкафа, монтажному листу и т.д. Входные и выходные кабели должны быть пространственно разделены.

Правило 12

Для соблюдения граничного значения А1 обязательно использование фильтров радиопомех. Дополнительные потребители подключаются перед фильтром.

Необходимость устанавливать фильтр зависит от используемой системы управления и того, как смонтирована остальная часть шкафа.

Правило 13

При регулируемом источнике питания возбуждения в цепи возбуждения требуется коммутирующий модуль.

Правило 14

В якорной цепи преобразователя необходим коммутирующий дроссель.

Правило 15

Кабели двигателя могут быть проложены при применении SIMOREG неэкранированными.

Сетевой кабель должен быть проложен от кабелей двигателя (возбуждение, якорь) на расстоянии не менее 20 см. В противном случае применять разделяющий металлический лист.

1) Сигнальные кабели определяются как:

цифровые кабели:
кабели для связи импульсных датчиков, последовательных интерфейсов, например, профи или аналоговые кабели
(например, задание ± 10 V).

2) В качестве земли в общем смысле обозначаются все металлические токопроводящие части, которые могут быть связаны с защитным проводником, например, корпус шкафа, корпус двигателя, заземляющие элементы фундамента.

Конструкция электрошкафа и экранирования 

При использовании показанной на рис. 5/35 конструкции шкафа пользователь должен осознанно отличать критичные к EMС детали. Пример не претендует на полное отображение всех возможных компонентов электрошкафа и возможностей конструкции.

Подробности, влияющие на помехозащищенность и излучение помех шкафа и не достаточно явно изображенные на обзорной иллюстрации, приведены на рис. 5/36 и 5/37.