اینورتر یک دستگاه الکترونیکی است که وظیفه‌ی کنترل موتورهای الکتریکی را بر عهده دارد. اگرچه این دستگاه در نوع خود بسیار کارآمد و مفید خواهد بود ولی به دلیل سوئیچینگ ولتاژ بالایی که در داخل آن اتفاق میافتد، مستعد ایجاد نویز و هارمونیک‌های فرکانس بالا بر روی شبکه‌ای است که از آن تغذیه میشود به همین دلیل باید برای این مشکل تدابیری اندیشید که تا حد زیادی نویز ایجاد شده توسط این وسیله را حذف نمود تا بر عملکرد دیگر دستگاه‌های الکترونیکی که از آن شبکه تغذیه میشوند اثر منفی نگذارد. یکی از اصلی‌ترین فیلترهای ورودی اینورتر EMC یا EMI یا هارمونیک فیلتر نام دارد که وظیفه تامین ایمنی تجهیزات در برابر اختلالات الکترومغناطیسی و کاهش تداخل‌ها را بر عهده دارد. با ما در این مقاله همراه شوید تا همه چیز را درباره فیلتر EMC یا EMI با شما در میان گذاشته و کاربرد آن در انواع درایوهای صنعتی را بررسی کنیم. همچنین نکات مهمی را که باید در زمان انتخاب فیلتر EMI در زمان خرید اینورتر صنعتی در نظر داشته باشید، با شما در میان می‌گذاریم.
فیلتر EMC اینورتر چیست؟
EMC مخفف کلمه انگلیسی ElectroMagnetic Compatibility به معنای سازگاری مغناطیسی است و نحوه عملکرد سیستم در محیط‌هایی را نشان میدهد که نویز الکترومغناطیسی در آن‌ها وجود دارند. به عبارت بهتر فیلتر EMC اینورتر یک رابط الکترومغناطیسی است که برای کم کردن نویزهای الکتریکی استفاده میشود که از منبع تغذیه به درایو (و یا برعکس) منتقل میشوند. فرکانس این نویزها معمولاً از فرکانس ورودی AC درایو بیشتر است. با توجه به این موضوع شما می‌توانید با استفاده از فیلتر EMC دستگاه را به سازگاری مغناطیسی برسانید. به این معنا که بتواند در یک محیط با سطح نویز مشخص، با قابلیت اطمینان و ایمنی بالا کار کند.
EMI چیست؟
EMI هم مخفف عبارت ElectroMagnetic Interference است که معنای تداخل مغناطیسی را میدهد. EMC و EMI هرچند با هم تفاوت‌هایی دارند، اما معمولاً به جای هم به کار برده میشوند. تداخل‌های الکترومغناطیسی در واقع یک سری جریان ناخواسته هستند که ممکن است از طریق کابل‌ها و سیم‌ها و یا حتی از طریق هوا و محیط پیرامون، بر روی جریان اصلی ایجاد شده و آن را دچار اختلال کنند. بنابراین وظیفه فیلتر EMI یا فیلتر هارمونیک در اینورتر این است که تداخل‌های الکترومغناطیسی ناشی از خود دستگاه یا تجهیزات دیگر را تا حد زیادی کاهش داده و از تاثیرگذاری آن‌ها بر روی ماشین‌های حساس جلوگیری کند.
تفاوت EMC و EMI چیست؟
همان‌طور که گفتیم کلمات EMI و EMC در اینورتر معمولاً به جای هم به کار برده میشوند که این کاری اشتباه است. زیرا این دو فیلتر هرچند شباهت‌هایی با هم دارند، دارای تفاوت‌هایی هم هستند که آن‌ها را از هم متمایز میکند. اصلی‌ترین تفاوت EMC و EMI در این است که EMI به عنوان یک معیار شناخته میشود. با استفاده از این معیار می‌توان تابش ناشی از دستگاه‌ها را به همراه پیامدهای احتمالی آن مورد بررسی قرار داد. این در حالی است که EMC خاصیت یک سیستم یا دستگاه است. به این معنا که به شما اطمینان میدهد که دستگاه به گونه‌ای طراحی شده که در محیطی با وجود تداخل الکترومغناطیسی به خوبی کار میکند و آسیبی نمی‌بیند.
نحوه عملکرد EMI در اینورتر
بیشتر درایورهای موتور مانند انواع اینورتر اشنایدر دارای یک فیلتر EMC داخلی هستند. اما گاهی اوقات که بعضی از دستگاه‌ها نسبت به نویز بسیار حساس هستند، نیاز به استفاده از یک فیلتر EMC خروجی وجود دارد. اصلی‌ترین موارد استفاده از فیلتر EMI خارجی از قرار زیر هستند:
- زمانی که نویزهای الکتریکی تولیدشده توسط مدار یا سیستم‌های دیگر بیشتر از مقداری ایمن است.
- زمانی که چندین منبع تغذیه به صورت هم‌زمان به یک منبع قدرت AC متصل شده‌اند
این نوع از فیلترها می‌توانند نویزهای الکتریکی با فرکانس‌های بالا را تا حد زیادی حذف کنند؛ زیرا این نویزها هستند که باعث ایجاد تداخل الکترومغناطیسی با دیگر دستگاه‌ها خواهند شد. وظیفه فیلتر EMI در اینورتر حفاظت از درایو و شبکه توزیع در برابر انتشار هارمونیک‌های تولیدی از دستگاه‌های مختلف است. درواقع یک فیلتر EMI از تعدادی سلف و خازن داخلی تشکیل شده است. آرایش این قطعات به گونه‌ای است که نویزهای مد مشترک و مد تفاضلی که توسط اینورتر تولید میشوند را خنثی سازد و از پایین آوردن کیفیت برق شبکه اطمینان حاصل نماید.
در واقع این فیلترها یک مشخصه‌ی فرکانسی دارند که در این بازه یک سری فرکانس‌هایی که توسط درایور موتور تولید شده است را حذف کرده و از انتشار آن بر روی شبکه و ایجاد اختلال در دیگر سیستم‌هایی که از برق شبکه تغذیه می‌کنند جلوگیری میکند. این یک شکل انتقال نویز و تاثیرگذاری آن بر روی سیستم‌های دیگر است. اما روش‌های دیگر انتقال نویز بر روی سیستم‌های دیگر نیز وجود دارد که به آن روش تشعشعی گفته میشود. در این روش انتقال، نویز از طریق هوا به دستگاه‌های دیگر منتقل شده و راهکاری جز طراحی صحیح و شیلدینگ و ارتینگ درست برای آن وجود ندارد.
نکات مهم در کاهش نویز در اینورتر با استفاده از فیلتر EMI
برای کاهش نویز تداخل الکترومغناطیسی یا EMI باید نکاتی را در نظر داشته باشید که به حفظ ایمنی شما و قطعات کمک می‌کنند. برخی از مهم‌ترین این نکات از قرار زیر هستند:
- ابتدا از یک محفظه فلزی ارت شده استفاده نمایید.
- سپس تا حد امکان فاصله‌ی نصب فیلتر EMI و اینورتر را کاهش دهید.
- از کابل‌های شیلد دار استفاده کنید و شیلد آن را زمین کنید.
- به محل نصب اینورتر و دیگر قطعات حساس درون محفظه توجه داشته باشید.
- تا حد امکان برای درایو و قطعات حساس دیگر مثل PLC یک محفظه جداگانه استفاده کنید و یا اگر امکان آن وجود ندارد حداقل بین آن‌ها از جداکننده‌های فلزی که به زمین وصل شده‌اند استفاده نمایید.
- برای هر اینورتر و یا مجموعه‌ی آن‌ها از فیلتر مجزایی استفاده کنید.
- تغذیه‌ی PLC و دستگاه‌های حساس دیگر و اینورتر مشترک نباشد و حتما فیلتر مناسب با آرایش مناسب برای آن‌ها تدارک دیده شود.
شکل زیر یک نمونه شیلدینگ مناسب را در هنگام استفاده از اینورتر نشان میدهد:
کاربرد فیلتر EMI در اینورتر
-
کاهش نویزهای تولیدی در اثر فرایند سوئیچینگ اینورتر
باید بدانید که فیلترهای سازگاری الکترومغناطیسی در مواردی استفاده میشوند که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به صورت سریع تغییر کنند. در مدار داخلی اینورتر یک سری کلید IGBT وجود دارند که عملیات سوئیچینگ یا کلیدزنی را انجام می‌دهند. به این ترتیب می‌تواند یکی از اصلی‌ترین منابع به وجود آورنده تداخل الکترومغناطیسی باشد. با توجه به وظایفی که برای فیلترهای EMC و EMI تعریف شدند، وجود این فیلترها برای کاهش این نویزها که بر اثر کلیدزنی سریع ترانزیستور و قطع و وصل جریان ایجاد میشوند بسیار لازم است.
نکات مهم در زمان خرید و انتخاب فیلتر EMI
با توجه به نوع درایو، دستگاه متصل به آن و نحوه سیم‌کشی و کابل‌کشی باید در زمان انتخاب فیلتر EMC نکاتی را در نظر داشته باشید که از قرار زیر هستند:
- AC یا DC بودن فیلتر EMC: اگر می‌خواهید فیلتر EMI را در میان درایو و سیستم برق ورودی نصب کنید، نیاز به EMC AC دارید. اما در صورتی که محل قرارگیری فیلتر در لینک DC درایو فرکانس متغیر است، می‌توانید از فیلترهای Dc استفاده کنید که به عنوان راکتور هم شناخته میشوند.
- جریان قابل تحمل فیلتر: این مشخصه با توجه به نوع و جریان مورد نیاز مصرف‌کننده تعیین میشود.
- فرکانس کاری فیلتر: در ایران به دلیل استاندارد ۵۰ هرتز برای برق شبکه باید از فیلترهایی با این مقدار فرکانس استفاده نمود.
- ولتاژ قابل تحمل فیلتر: بر اساس ولتاژ برق شبکه انتخاب میشود.
- محدودهی فرکانسی قابل‌حذف توسط فیلتر: همان طور که گفته شد فیلتراسیون به معنی حذف یک سری محدوده‌های فرکانسی است که باید مورد توجه قرار گیرد.
- سه فاز یا تک فاز بودن فیلتر: بسته به ماهیت مصرف‌کننده باید از فیلترهای تک فاز یا سه فاز استفاده کرد.
- میزان نشتی جریان فیلتر: در صورت استفاده از فیلتری با نشتی جریان بالا خطراتی مانند امکان ایجاد آتش‌سوزی در سیستم ممکن است به وجود بیایید در واقع نشتی جریان آن میزان جریانی است که از فاز عبور کند و به جای برگشت از یکی از فازهای دیگر یا نول، از ارت مسیر خودش را ببندد.
سخن پایانی
وجود نویز یا هارمونیک در مدار باعث میشود که دستگاه‌های الکتریکی دچار اختلال شده و طول عمر آن‌ها به طور قابل‌توجهی کاهش پیدا کند. از سوی دیگر اینورترها به دلیل فرایند سوئیچینگی که در آن‌ها اتفاق میافتد، به طور دائمی نویز تولید می‌کنند. برای جلوگیری از تاثیرگذاری این نویز بر روی سایر دستگاه‌ها و الکتروموتور متصل به اینورتر از یک فیلتر به نام EMC یا EMI استفاده میشود. فیلتر EMI می‌تواند تا حد زیادی نویزهای الکترومغناطیسی را کاهش داده و عملکرد دستگاه‌ها را بهبود ببخشد.
سوالات متداول
- استانداردهای اروپایی مربوط به تست‌های EMC اینورتر چیست؟
علاوه بر استاندارد CE اروپا که به طور کلی ایمنی عملکرد یک درایو را تضمین میکند، استانداردهای EN55011 و EN55022 برای توضیح مقدار نویز قابل تحمل در دستگاه‌های صنعتی، مخابراتی و ارتباطی به کار می‌روند.
- دلیل استفاده از فیلتر EMI در اینورتر چیست؟
فیلترهای EMI در اینورتر برای جلوگیری از ایجاد تداخل الکترومغناطیسی مزاحم و اختلال در سیستم‌های مجاور استفاده میشوند.