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近期,SFAE牟翠華工程師撰寫的關于EMC專題的文章在國家期刊《安全與電磁兼容》成功發表，這是公司電柜生產部首篇在期刊發表的關于電柜方面的專業文章。

文章中牟工強調了EMC分區概念的重要性，她指出：“保證電氣設計可靠性的重要原則就是電氣設計人員在電控柜設計之初就需要建立電氣分區的概念，即把強電部分和弱電部分盡量分置在兩個不同的區域，比如將交流380 V的動力回路要和直流24 V的信號回路分開。在分區時，需要把握的原則是動力線和信號線間距不能低于200 mm，可將動力部分的開關接觸器、濾波器變頻器等放置在電控柜的一側，而電控柜的另一側是邏輯控制元件（包括PLC、繼電器等），避免動力回路產生的高頻電磁干擾影響到信號區域的邏輯信號。”這是CEPD 電柜知識體系的重要組成部分，也是電柜部門的核心經驗。

并且牟工還通過EMC的屏蔽應用，接地方式，浪涌吸收回路三個方面，結合自身多年工作經驗和實例，圖文并茂的闡述了 SFAE電柜在EMC方面的 Know how 和經驗，通過這篇文章，作者希望讓更多的讀者和技術人員了解電控柜是電氣、邏輯控制元件的載體和保護體，一個可靠的電氣系統離不開可靠穩定的電控柜并不是簡單的把元器件堆砌在一起的一個無機體。同時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選：

變頻電控柜的基本EMC措施

摘要：主要介紹了電控柜分區的概念及具體方法；介紹了屏蔽支架使用、電控柜接地及孔縫密封的正確方式，并對電控柜浪涌吸收回路進行了說明。

關鍵詞：電磁兼容；屏蔽；分區；孔縫；浪涌

引言
電控柜是電氣、邏輯控制元件的載體和保護體，一個可靠的電氣系統離不開可靠穩定的電控柜。要保證邏輯控制元件、變頻器之間的正常運行，提高整個電氣系統的穩定性，需降低電控柜內的電磁干擾。筆者在實際應用中，經常會遇到客戶簡單地認為電氣柜無非就是一個柜體，從而忽略電磁兼容性設計，導致電控柜內PLC模擬量信號不準，莫明電氣故障頻繁等問題。本文主要針對西門子變頻系列電控柜提出一些設計措施，避免不必要的故障的產生。

1  分區的概念

保證電氣設計可靠性的重要原則就是電氣設計人員在電控柜設計之初就需要建立電氣分區的概念，即把強電部分和弱電部分盡量分置在兩個不同的區域，比如將交流380 V的動力回路要和直流24 V的信號回路分開。在分區時，需要把握的原則是動力線和信號線間距不能低于200 mm，可將動力部分的開關接觸器、濾波器變頻器等放置在電控柜的一側，而電控柜的另一側是邏輯控制元件（包括PLC、繼電器等），避免動力回路產生的高頻電磁干擾影響到信號區域的邏輯信號。圖2為某機床廠出口型電控柜布局實例，電控系統的動力部分（變頻系統）及主進開關放置在了電控柜左側，PLC部分放置在右側，保證了電控柜內部電氣系統的正常運行。

圖1 動力區與信號區分區實例

2 屏蔽應用

屏蔽技術主要是用來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。

（1）屏蔽電纜的使用

在設備運行中，由于寄生電容存在于電機電纜和電機內部，變頻器脈寬調制（PWM）的輸出電壓波形通過寄生電容可產生高頻脈沖噪聲電流。當噪聲電流通過大地阻抗和動力電纜和地之間的阻抗流回變頻器時，產生的電壓降就對同一電網的其它設備造成了干擾，即共阻抗干擾，如圖2所示。

采用屏蔽電機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外殼時，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產品標準EN 61800-3的C2和C3類的要求，電動機電纜最好是對稱三芯屏蔽電纜，如圖3所示。

圖2  帶有屏蔽電纜的變頻回路

圖3 理想對稱3芯線+對稱3芯PE線

（2） 屏蔽安裝支架的使用

一般來說，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機端子接線盒實現，在變頻柜內也可以按照制造商手冊的規范，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。經驗表明：在30MHz以上時，“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 電控柜內電纜接駁實例

圖5 電纜屏蔽支架正確連接示意圖

（3）孔縫的防護

在電控柜的實際應用中，沒有完全密封的電控柜，總會有通風孔、線孔等。預防電控柜內動力區對信號區的干擾，應將未使用的預留孔用金屬薄片密封起來，如圖6所示。

圖6 電控柜開孔密封實例

4 接地方式

在筆者為某機床公司調研一款機床電控柜時，就發現了原電控柜諸多不合理的部分，第一，接地的導線很細，如圖7所示,，按照GB5226.1國家機械設備電氣標準要求，規定接地的導線一定要大于6 mm2，而且用盡可能短的金屬編織帶；第二，除了柜門接地外，其余機柜部件均沒有接地。按照EMC要求，凡是安裝帶電體的機柜部件均需接地，比如除在高、中、低三個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

電控柜中的開關接觸器元件需要使用浪涌吸收抑制器，這是因為這些設備如果沒有浪涌吸收單元可能會產生瞬時尖峰脈沖電壓，而整個放電過程甚至可以持續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：

（1）壓敏電阻

如圖9所示，當交流回路負載并接了壓敏電阻時（西門子型號：3RT6926-1BD00），雖然瞬時電壓尖峰仍然存在，但峰值不到400 V，而且整個放電持續時間不到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，當交流回路負載并接RC串聯單元時（西門子型號：3RT6926-1CD00），瞬間脈沖的伏值和電壓上升的速率明顯降低，沒有出現明顯的脈沖群。電壓上升后緩慢衰減的趨勢較為理想。

圖10 RC元件抑制浪涌的效果

（3）直流二極管

如圖11所示，在直流回路中并接二極管時（西門子型號：3RT6926-1ER00），幾乎沒有出現過壓的情況，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 結語

本文只是簡要的介紹了電磁兼容在電控柜里的設計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，引起電氣設計人員對變頻電控柜設計和布局的重視，提高電氣系統的穩定性。

參考文獻

[1] 沙斐.機電一體化系統的電磁兼容技術[M].北京:中國電力出版社.1999.