نصب و ساختار سازگار با EMC برای یک سیستم درایو قدرت (قسمت دوم)

سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) برای سیستم محرکه الکتریکی (PDS)

EMC به معنای سازگاری الکترومغناطیسی می‌باشد. این مفهوم به معنای توانایی تجهیزات الکتریکی/ الکترونیکی برای کار بدون مشکل در محیط‏های الکترومغناطیسی است. به همین ترتیب، تجهیزات نباید با هر محصول یا سیستم دیگر در محلی که هستند؛ اختلال ایجاد کنند. این یک الزام قانونی برای تمام تجهیزات مورداستفاده در منطقه اقتصادی اروپا (EEA) است. اصطلاحات استفاده‌شده برای تعریف سازگاری در شکل ۲-۱ نشان داده شده است.

ازآنجاکه درایوهای سرعت متغیر به‌عنوان منبع تداخل در نظر گرفته می‏شوند، طبیعی است که تمام قسمت‌هایی که دارای اتصال الکتریکی یا در داخل سیستم درایو قدرت (PDS) هستند به‌عنوان بخشی از مسئله سازگاری با EMC محسوب شوند.

مصونیت (Immunity)

تجهیزات برقی باید در برابر پدیده‌های فرکانس بالا و فرکانس پایین مصونیت داشته باشند. پدیده‌های با فرکانس بالا شامل تخلیه الکترواستاتیک (ESD)، پالس‌های الکتریکی تندگذر/رگباره (fast transient burst)، میدان‏های الکترومغناطیسی تابشی، اختلالات هدایتی فرکانس رادیویی و ضربه‏های الکتریکی است. پدیده‌های معمول فرکانس پایین شامل هارمونیک‌های ولتاژ، ناچ‏ها (notches) و عدم تعادل هستند.

انتشار (Emission)

منبع انتشار تداخلات فرکانس بالا در مبدل‌های فرکانس ناشی از کلیدزنی سریع کلیدهای قدرت مانند IGBTها و الکترونیک کنترل است. این انتشار فرکانس بالا می‌تواند به‌صورت هدایتی و تابشی انتشار یابد.

سیستم درایو قدرت (Power drive system=PDS)

یک درایو می‌تواند به‌صورت یک ماژول درایو اصلی (BDM= basic drive module) یا ماژول درایو کامل (CDM= complete drive module) مطابق با استاندارد در نظر گرفته شود.توصیه می‌شود که پرسنل مسئول طراحی و نصب، این استاندارد را در دسترس داشته باشند و با این استاندارد آشنا باشند. همه‏ی استانداردها در سازمان‌های ملی استاندارد در دسترس هستند.سیستم‌های ساخته‌شده توسط یک OEM یا سازنده پانل می‌تواند قطعات بیشتر یا کمتر از یک PDS را داشته باشند و یا می‌توانند تعداد زیادی PDS را در یک ساختار داشته باشند.راه‌حل‌هایی که در این راهنما توصیف‌شده‌اند در تعریف سیستم درایو قدرت استفاده می‌شود، اما راه‌حل‌های مشابه می‌تواند در بعضی موارد یا به تمام تأسیسات گسترش یابد. این راهنما اصول و نمونه‌های عملی EMC را می‌دهد که می‌تواند به یک سیستم کاربر (user’s system) اعمال شود.

انواع تجهیزات

دستورالعمل EMC   (۲۰۰۴/۱۰۸ / EC) تجهیزات را به‌صورت یک دستگاه (apparatus) یا تأسیسات‏ ثابت (fixed installations) تعریف می‌کند. ازآنجاکه مقررات جداگانه‌ای برای دستگاه و تأسیسات ثابت وجود دارد، مهم است که رده درست تجهیزات (PDM، CDM یا BDM) مشخص شود.در طبقه‌بندی‌های تجاری-فنی، اصطلاحات زیر اغلب استفاده می‌شود: اجزاء (components)، زیرمونتاژها (sub-assemblies) وسایل تکمیل‌شده (finished appliances (finished products))، ترکیبی از وسایل تکمیل‌شده ( مثلاً یک سیستم )، دستگاه (appliances)، تأسیسات ثابت و تجهیزات.

مسئله‌ی کلیدی در اینجا این است که آیا موردی که در نظر گرفته شده است، برای کاربران (end users) است یا خیر:

• اگر برای کاربران در نظر گرفته شده است، دستورالعمل EMC به کار گرفته می‌شود
• اگر برای تولیدکننده یا اسمبلر در نظر گرفته شده است، دستورالعمل EMC به کار نمی‌رود

اجزا یا زیرمونتاژهای در نظر گرفته‌شده برای مشارکت در یک دستگاه توسط کاربران نهایی

یک تولیدکننده ممکن است اجزای زیرمونتاژها را به بازار عرضه کند که عبارت‌اند از:

• برای مشارکت در یک دستگاه با کاربر نهایی،
• در دسترس کاربران نهایی و احتمالاً مورداستفاده‌ی آن‌ها.

این اجزا یا زیرمونتاژها باید به‌عنوان دستگاهی در خصوص کاربرد EMC در نظر گرفته شوند.دستورالعمل‌ها برای استفاده‌ی همراه با اجزا یا زیر مونتاژ باید شامل همه‌ی اطلاعات مرتبط شوند، و باید فرض شود که تنظیمات یا اتصالات می‌توانند توسط کاربر نهایی که از مفهوم EMC آگاهی ندارد نیز صورت بگیرد.برخی درایوهای کنترل دور موتور در این رده‌بندی قرار می‌گیرند، مثلاً، یک درایو با محفظه که به‌عنوان یک واحد کامل (CDM) به کاربر نهایی فروخته می‌شود که آن را درون سیستم خود نصب می‌کند. همه‌ی تدارکات دستورالعمل EMC به کار خواهند رفت ( علامت CE، اعلامیه‌ی تطابق و استناد فنی).

اجزا یا زیرمونتاژهای در نظر گرفته‌شده برای مشارکت در یک دستگاه توسط سایر تولیدکنندگان یا اسمبلرها

اجزا یا زیرمونتاژهای در نظر گرفته شده برای جای‌گیری در یک دستگاه یا یک زیرمونتاژ دیگر توسط سایر تولیدکنندگان یا اسمبلرها ” دستگاه ” در نظر گرفته نشده است و بنابراین در حوزه‌ی دستورالعمل EMC نیستند. این اجزا شامل مقاومت‌ها، کابل‌ها، بلوک‌های پایانه‌ای و غیره هستند.برخی درایوهای کنترل دور موتور نیز در این رده‌بندی قرار می‌گیرند، مثلاً، یک مدول ابتدایی درایو (BDM). این درایوها، برای مونتاژ توسط یک اسمبلر حرفه‌ای ( مثلاً، سازندگان تابلو یا تولیدکنندگان سیستم ) در درون کابینتی در نظر گرفته شده‌اند که در حیطه‌ی تحویل تولیدکننده‌ی BDM نیست.مطابق دستورالعمل EMC، برای تهیه‌کننده‌ی BDM، ارائه‌ی دستورالعمل‌هایی برای نصب و بهره‌برداری الزامی است.

توجه: تولیدکننده یا اسمبلر پنل یا سیستم مسئول علامت CE، اعلامیه‌ی تطابق و استناد فنی است.

وسیله‌ی تکمیل‌شده (finished appliances)

یک وسیله‌ی تکمیل‌شده، هر وسیله‌یا واحدی شامل اجزا یا زیرمونتاژهای الکتریکی و یا الکترونیکی است که کاری را انجام می‌دهد و محفظه‌ی خاص خود را دارد. تفسیر وسیله‌ی تکمیل‌شده می‌تواند مانند تفسیر اجزاء، به دو رده‌بندی تقسیم شود: می‌تواند برای مصرف‌کننده‌ی نهایی در نظر گرفته‌شده باشد، یا برای تولیدکنندگان یا اسمبلرهای دیگر.

وسیله‌ی تکمیل‌شده‌ی در نظر گرفته‌شده برای کاربران نهایی

یک وسیله‌ی تکمیل‌شده، اگر برای کاربر نهایی در نظر گرفته شده باشد، به‌عنوان دستگاهی مطابق دستورالعمل EMC در نظر گرفته می‌شود و بنابراین باید همه‌ی تدارکات کاربردی دستورالعمل را برآورده کند.

وسیله‌ی تکمیل‌شده‌ی در نظر گرفته شده برای سایر تولیدکنندگان یا اسمبلرها

وقتی وسیله‌ی تکمیل‌شده به‌طور گسترده برای یک عملیات مونتاژ صنعتی برای جای‌گیری در سایر دستگاه‌ها در نظر گرفته می‌شود، این وسیله یک دستگاه مطابق دستورالعمل EMC نیست و درنتیجه دستورالعمل EMC برای هر وسیله‌ی تکمیل‌شده‌ای به کار گرفته نمی‌شود.

سیستم‌ها ( ترکیب وسیله‌های تکمیل‌شده (finished appliances))

ترکیبی از چندین وسیله‌ی تکمیل‌شده توسط یک فرد (مثلاً تولیدکننده‌ی سیستم) ترکیب و یا طراحی‌شده‌اند و یا گرد هم آمده‌اند و به‌عنوان یک واحد عملکردی منفرد برای کاربر نهایی به‌منظور توزیع به بازار عرضه‌شده‌اند و در نظر گرفته شده است که برای انجام یک وظیفه‌ی خاص باهم نصب شوند و عمل کنند.

همه‌ی تدارکات دستورالعمل EMC، همان‌طور که برای دستگاه توضیح داده شد، برای ترکیب به‌طورکلی به کار گرفته می‌شود.

دستگاه (Apparatus)

دستگاه به معنای هر وسیله‌ی تکمیل‌شده یا ترکیب آن است که ازنظر تجاری به‌عنوان واحد عملکردی منحصربه‌فرد در دسترس قرار گرفته است (مثلاً در بازار عرضه شده است)، برای کاربران نهایی در نظر گرفته شده است، و ازنظر تولید اختلالات الکترومغناطیسی قابل‌اعتماد است، یا وسیله‌ای که عملکرد آن ازنظر قرار گرفتن تحت تأثیر چنین اختلالاتی معتبر است.

تأسیسات ثابت (Fixed installation)

یک ترکیب خاص از چندین نوع دستگاه، تجهیزات و یا اجزا، که مونتاژ و نصب‌شده‌اند و برای استفاده‌ی همیشگی در محل از پیش تعیین‌شده‌ای در نظر گرفته شده‌اند.

تجهیزات (Equipment)

هر دستگاه (Apparatus) یا تأسیسات ثابت را گویند.

محیط‌های نصب (Installation environments)

PDS ها می‌توانند به شبکه‌های توزیع برق صنعتی یا عمومی متصل شوند. کلاس محیطی بستگی به نحوه اتصال PDS به منبع تغذیه دارد. کلاس‌های محیطی مطابق استاندارد EN61800-3 به محیط اول و دوم تقسیم می‏شوند.

محیط اول (First environment)

“محیط اول شامل محل‌های خانگی (domestic) است. این محیط همچنین شامل مراکزی است که به‌طور مستقیم بدون ترانسفورمرهای متوسط به یک شبکه منبع تغذیه با ولتاژ پایین متصل می‌شوند که ساختمان‌های مورداستفاده برای اهداف خانگی (domestic) را تأمین می‌کند.”

محیط دوم (Second environment)

“محیط دوم، شامل تمام مراکز دیگر به غیر از جاهایی است که به‌طور مستقیم به شبکه تأمین برق ولتاژ پایین متصل می‌شوند که ساختمان‌های مورداستفاده برای اهداف داخلی را تأمین می‌کند”.

محدودیت انتشار EMC

استاندارد محصول EN 61800-3، PDSها را به چهار دسته با توجه به کاربرد موردنظر تقسیم می‌کند. محدودیت‏ها برای شرایط خاص را می‌توان با استفاده از فلوچارت نشان داده شده در شکل ۲-۵ انتخاب کرد.

PDS رده‏ی C1

PDSیی (یا CDM) که با ولتاژ نامی کمتر از ۱۰۰۰ ولت و برای کار در محیط اول استفاده می‌شود. یک PDS  (یا CDM) به کاربر نهایی ”به‌عنوان محصول ساخته‌شده” فروخته می‌شود.تولیدکننده PDS مسئول رفتار EMC، PDS در شرایط خاص است. اقدامات اضافی EMC باید به‌صورت یک راه‌کار قابل‌درک و آسان توضیح داده شده به‌نحوی‌که توسط یک شخص عامی قابل انجام باشد.وقتی PDS/CDM در سایر محصولات جا بگیرد، رفتار EMC حاصل آن محصول، مسئولیت اسمبلر محصول نهایی، با دنباله‌روی از توصیه‌ها و راهنمایی‌های تولیدکننده است.

PDS رده‏ی C2

PDS با ولتاژ مجاز کمتر از ۱۰۰۰ ولت، نه یک قطعه‌ی وصل شونده به دستگاه است و نه یک قطعه‌ی قابل‌جابه‌جایی و تنها توسط یک متخصص نصب و راه‌اندازی شده است.یک PDS ( یا CDM/BDM) برای این فروخته می‌شود تا درون یک دستگاه، سیستم یا تأسیسات جای بگیرد.عرضه به بازار. در نظر گرفته شده تنها برای اسمبلرها یا نصاب‌های حرفه‌ای که سطح صلاحیت EMC ضروری برای نصب یک PDS ( یا CDM/BDM) را به‌طور صحیح دارند. تولیدکننده‌ی PDS ( یا CDM/BDM) مسئول فراهم آوردن دستورالعمل‌های نصب است. اعلامیه‌ی EC تطابق و علامت‌گذاری CE موردنیاز هستند.وقتی یک PDS/CDM/BDM لازم باشد در محصول جای بگیرد، رفتار EMC حاصل آن محصول، مسئولیت اسمبلر محصول نهایی است.

PDS رده‏ی C3

PDS با مقدار ولتاژ کمتر از ۱۰۰۰ ولت، در نظر گرفته‌شده برای استفاده در محیط دوم.یک PDS ( یا CDM/BDM) ”به‌عنوان ساخته‌شده” به کاربر نهایی فروخته می‌شود یا به‌منظور جای گرفتن در دستگاه، سیستم یا تأسیسات به فروش می‌رسند.عرضه به بازار. جابه‌جایی رایگان بر مبنای تطابق با دستورالعمل EMC. اعلامیه‌ی EC تطابق و علامت‌گذاری CE موردنیاز هستند.تولیدکننده‌ی PDS مسئول رفتار EMC مربوط به PDS تحت شرایط مشخص‌شده است. سنجش‌های دیگر EMC در روشی توضیح داده‌شده‌اند که به‌سادگی قابل‌درک است و می‌تواند توسط شخص عموم افراد پیاده شود.وقتی PDS/CDM در سایر محصولات جا بگیرد، رفتار EMC حاصل آن محصول، مسئولیت اسمبلر محصول نهایی، با دنباله‌روی از توصیه‌ها و راهنمایی‌های تولیدکننده است.

PDS رده‏ی C4

PDS با ولتاژ مجاز کمتر از ۱۰۰۰ ولت، یا جریان مجاز برابر با یا بالاتر از ۴۰۰ آمپر، در نظر گرفته شده برای استفاده در سیستم‌های پیچیده در محیط دوم.یک PDS ( یا CDM/BDM) فروخته می‌شود تا در دستگاه، سیستم یا تأسیسات جای گیرد.نیازهای رده‌بندی C4 شامل همه‌ی نیازهای EMC دیگر به‌جز تابش فرکانس رادیویی می‌شود. آن‌ها تنها وقتی ارزیابی می‌شوند که در محل موردنظر خود نصب شده باشند. بنابراین، PDS رده C4 به‌صورت یک تأسیسات ثابت رفتار می‌کند و بنابراین نیازی به اعلامیه‌ی EC تطابق یا علامت‌گذاری CE ندارد.درحالی‌که دستورالعمل EMC به سند همراه با آن برای شناسایی تأسیسات فیکس شده، مشخصه‌های خاصیت الکترومغناطیس آن و فرد مسئول، و نیز برای نشان دادن احتیاط صورت گرفته به‌منظور در برنگرفتن تطابق آن تأسیسات نیاز دارد.به‌منظور تطابق نیازهای بالا در رده‌بندی C4 در PDS، کاربر و تولیدکننده باید با یک برنامه‌ی EMC به‌منظور تطابق با نیازهای EMC کاربرد موردنظر، موافقت کرده باشد. در این موقعیت، کاربر مشخصه‌های EMC محیط، شامل تأسیسات کلی و همسایگی را  در بر می‌گیرد. تولیدکننده‌ی PDS باید اطلاعاتی را در مورد سطوح تابش نمونه و راهنمایی‌های نصب PDS یی که باید نصب شود، فراهم آورد. رفتار EMC حاصل، مسئولیت نصاب است (مثلاً با پیروی از برنامه‌ی EMC).

در قسمت بعد به راه حل های EMC  اشاره خواهد شد.

منبع:گروه الکترونیک قدرت دانشگاه تهران