晶閘管中頻電源運(yùn)行中的抗干擾問(wèn)題研究

1、晶閘管中頻電源運(yùn)行中的抗干擾問(wèn)題研究1引言隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子元器件制造水平的捉高，中頻感應(yīng)加熱技術(shù)f1臻完 善。中頻感應(yīng)加熱以其便捷高效的加熱性能止逐步収代煤、油等燃料加熱而成為工業(yè)加熱的 首選方式。作為感應(yīng)加熱裝置的電源，kgps （晶閘管靜止變頻裝置）與傳統(tǒng)bps機(jī)組（中 頻發(fā)電機(jī)組）相比，負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，易于形成自動(dòng)加熱線，已在工業(yè)加熱領(lǐng)域得到 越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。無(wú)論是鍛造、鑄造還是熱處理牛產(chǎn)線，作為前端加熱工序中的關(guān)鍵設(shè)備，kgps電源一 旦出現(xiàn)故障，就會(huì)直接造成整條生產(chǎn)線停產(chǎn)。所以，kgps電源運(yùn)行的可靠性值得重點(diǎn)關(guān)注。 實(shí)際應(yīng)用中，可控硅電源所在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件往往

2、較差，振動(dòng)強(qiáng)，溫度髙，灰塵多，同時(shí)作為 復(fù)雜的交一直一交變頻系統(tǒng)，電源運(yùn)行屮較易受到各種干擾信號(hào)的影響，特別對(duì)電源觸發(fā)系 統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的影響尤為顯著。當(dāng)kgps電源觸發(fā)系統(tǒng)電路受到干擾時(shí)，往往造成電源啟動(dòng)性能下降；當(dāng)保護(hù)系統(tǒng)電路受 到干擾時(shí)，會(huì)造成保護(hù)環(huán)節(jié)（過(guò)流、過(guò)壓等）謀動(dòng)作，導(dǎo)致電源頻繁跳閘，不能正常工作， 其至造成保護(hù)失靈，損壞功率元件，引發(fā)設(shè)備事故。由于干擾信號(hào)的隨機(jī)性，對(duì)于此類(lèi)故障 的分析診斷比較困難，稍有不慎，還有可能造成故障擴(kuò)人。所以，對(duì)可控硅中頻電源運(yùn)行中 涉及到的各種干擾信號(hào)進(jìn)行綜合分析，研究確定相應(yīng)的抗干擾桔施，對(duì)于提高中頻電源運(yùn)行 可靠性具有重耍意義。2 kgps電源運(yùn)行

3、中的主要干擾信號(hào)2. 1電場(chǎng)干擾在國(guó)內(nèi)外的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中，把電場(chǎng)干擾常定名為射頻干擾。電場(chǎng)干擾的強(qiáng)弱首先與電 場(chǎng)強(qiáng)度冇關(guān)，控制線路所處環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度越大，受到的干擾越強(qiáng)。電場(chǎng)干擾還與頻率冇關(guān), 射頻頻率越低，其發(fā)射能力越弱，形成對(duì)外十?dāng)_的作用也越小。具體到感應(yīng)加熱裝置，因?yàn)?變頻器發(fā)出的電場(chǎng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于05mhz （射頻一般都在0. 5mhz以上），相對(duì)于磁場(chǎng)干 擾而言，電場(chǎng)干擾強(qiáng)度很小，只有逆變晶閘管導(dǎo)通和截止的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，換相頻率較高，陰 極和陽(yáng)極問(wèn)電壓的變化du / dt可能產(chǎn)生有效的空間電場(chǎng)干擾。2. 2磁場(chǎng)干擾在帶電母線周囤存在著與母線電流同頻率的磁力線，磁力線匝鏈控制線就會(huì)在控制線中

4、 感應(yīng)電流，造成控制信號(hào)畸變，從而產(chǎn)牛:磁場(chǎng)干擾。it磁力線匝鏈控制電路板或信號(hào)檢測(cè)電 路板，也會(huì)產(chǎn)生有效的磁場(chǎng)干擾。在變頻柜中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾都存在，就干擾強(qiáng)度而言, 磁場(chǎng)干擾強(qiáng)度人于電場(chǎng)干擾，特別是逆變主電路所有母線屮都載有很大的屮頻電流，其周?chē)?的磁場(chǎng)很強(qiáng)，因此產(chǎn)生的干擾不容忽視，應(yīng)重點(diǎn)抑制。2. 3傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)干擾分為兩部分，一是為感應(yīng)加熱變頻器供電的電網(wǎng)屮如果還有其他用電設(shè)備，尤 其是大功率的用電設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、電容器柜等，那么這些設(shè)備在啟動(dòng)、停機(jī)等操作過(guò)程中 都會(huì)產(chǎn)生干擾脈沖電壓，并會(huì)沿三相電源線傳導(dǎo)進(jìn)入感應(yīng)加熱變頻電源，這部分屬于外來(lái)的 傳導(dǎo)干擾；另一部分是變頻器正常運(yùn)行時(shí)在內(nèi)部

5、產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，如逆變換相產(chǎn)生的電壓尖 峰，也會(huì)通過(guò)各種不同的傳導(dǎo)途徑進(jìn)入主控制板形成十?dāng)_，這部分屬于內(nèi)部的傳導(dǎo)十?dāng)_。3抗干擾的若干措施3. 1電磁屏蔽對(duì)于電場(chǎng)干擾和磁場(chǎng)干擾而言，電磁屏蔽是最常見(jiàn)、最有效的一種抗干擾措施，它屬于 被動(dòng)的抗擾描施。電磁屏蔽雖不能降低電場(chǎng)或磁場(chǎng)干擾信號(hào)的強(qiáng)度，但可以削弱電磁干擾信 號(hào)對(duì)正常工作線路的影響。電場(chǎng)屏蔽主要用于削弱電場(chǎng)干擾，在變頻器柜屮，主控制板最好 女裝在鐵箱內(nèi)，鐵箱與殼體一起連接到大地，這就形成一道冇效的電場(chǎng)屏蔽。任何控制信號(hào) 在導(dǎo)線中傳輸時(shí)都有電流產(chǎn)牛，冇電流必冇回路，回路必須要有兩條導(dǎo)線才能形成，兩條導(dǎo) 線z間的空隙中如果有干擾磁力線通過(guò)，在回路

6、中就會(huì)產(chǎn)牛十?dāng)_電流。要避免這種干擾，唯 有盡量減小兩條導(dǎo)線之間的間隙。使用緊密絞線可以最大限度減小兩條導(dǎo)線之間的問(wèn)隙，也 就人人減少t擾磁力線的竄人。在kgps變頻電源柜中，可控硅觸發(fā)信號(hào)、中頻反饋信號(hào) 等線路應(yīng)采用屏蔽線或絞線布置，并且布線應(yīng)盡可能的短。3. 2信號(hào)濾波可控硅中頻電源實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)丁來(lái)口同一供電網(wǎng)絡(luò)中其它用電設(shè)備的外來(lái)傳導(dǎo)干 擾是不可能去除的，唯有加強(qiáng)防范，信號(hào)濾波是最常川的防范措施。在kgps變頻電源中, 三相電源進(jìn)線端的rc吸收冋路就是一個(gè)有效的抗擾濾波電路。當(dāng)同一供電網(wǎng)絡(luò)中其它用電 設(shè)備（尤其是人容量用電設(shè)備）啟、停時(shí)，因電流變化，在電源冋路上就會(huì)感應(yīng)過(guò)電壓（包 括

7、供電變壓器漏感和供電線路分布電感），形成干擾信號(hào)，對(duì)屮頻電源造成傳導(dǎo)干擾，在經(jīng) 過(guò)rc信號(hào)濾波電路時(shí)，電容c就冇一個(gè)充電的過(guò)程，也就是吸收過(guò)電壓能屋的過(guò)程。通 常過(guò)電壓持續(xù)的時(shí)間都比較短，如果電容器的容量足夠大，在對(duì)控硅中頻電源電路中就不會(huì) 產(chǎn)生尖峰形成干擾。同樣，整流觸發(fā)同步變壓器輸入、輸出信號(hào)及所有檢測(cè)電路中都必須設(shè)置rc濾波電路。 特別需要說(shuō)明的是，所冇信號(hào)濾波電路中r、c參數(shù)的選擇對(duì)于濾波效果冇直接影響，不能 隨意替換。其中r為阻尼電阻，用以防止電源回路電感耳電容c發(fā)牛諧振，如果r選擇過(guò) 小而發(fā)生諧振，則r、c非但不能吸收過(guò)電壓，反|佃將產(chǎn)生過(guò)電壓，加大對(duì)線路的干擾程度。對(duì)于中頻電源自

8、身內(nèi)部產(chǎn)生的傳導(dǎo)t擾，則有可能從產(chǎn)生干擾的源頭限制其發(fā)生。其中 主冋路母線（匯流排）的介理排布不僅可以減小電磁場(chǎng)干擾，同時(shí)可以減小傳導(dǎo)干擾。因?yàn)?母線的分布電感和電容是逆變換相產(chǎn)生雜散尖峰和寄生高頻憲蕩的主要原因，這些雜散尖峰 和寄生高頻震蕩都可能通過(guò)中頻電壓或電流互感器籌檢測(cè)元件混雜在有用信號(hào)中，一起述人 控制電路。3.3母線布設(shè)kgps變頻電源柜內(nèi)母線（主冋路匯流排）合理布設(shè)可以最人限度地減小干擾電場(chǎng)和磁 場(chǎng)的強(qiáng)度，這是從產(chǎn)生干擾的發(fā)源地著手解決問(wèn)題，是一種最積極冇效的方法。在主回路母 線中，無(wú)論是直流母線、中頻母線、工頻母線都是成對(duì)的，其中一條母線是電流進(jìn)，另一條 母線是電流出。如果把成

9、對(duì)的百-流母線或中頻母線盡量相互貼近，則兩條母線周?chē)拇帕€ 因?yàn)榇笮∠嗟?、方向相反而相互抵消，也就不?huì)產(chǎn)生電磁干擾。另外，相互貼近的兩條母線 問(wèn)的分布電容可以削減電壓波形屮的“尖刺"，既有利于削弱電場(chǎng)干擾，也可減輕rc吸收冋 路的負(fù)擔(dān)。同時(shí)相關(guān)母線貼近安裝可大大減小分布電感，冇利于中頻電源的啟動(dòng)，也冇利于 減小母線上的電壓降，捉高感應(yīng)器兩端電壓，從而提高有效加熱功率。所以，對(duì)于可控硅變 頻電源，主回路匯流排的布設(shè)方式應(yīng)重點(diǎn)考慮。3. 4控制線路布線kgps變頻電源柜內(nèi)控制信號(hào)較多，交流、直流信號(hào)并存，工頻、中頻信號(hào)并存。為減 少干擾，各種控制信號(hào)應(yīng)分類(lèi)布設(shè)，并口要盡可能遠(yuǎn)離主回路匯

10、流排。-般要遵循下面兩個(gè) 原則： 中頻控制信號(hào)線單獨(dú)設(shè)線槽與逆變有關(guān)的控制線與信號(hào)線最容易受干擾（導(dǎo)致啟動(dòng)失 敗、正常工作時(shí)引起逆變失敗、過(guò)流保護(hù)動(dòng)作），也最容易干擾整流部分正常工作。為避免 這種干擾，與屮頻相關(guān)的控制線、信號(hào)線應(yīng)單獨(dú)設(shè)置安裝線槽，并盡可能遠(yuǎn)離主冋路母線, 有些二次線（觸發(fā)信號(hào)、中頻反饋信號(hào)等）必須緊密絞和。 儀表引線單獨(dú)設(shè)線槽儀表引線周囤的電磁場(chǎng)是不可忽視的t擾源，如血流電壓表引線 屮帶有兩倍于變頻器輸出頻率的電壓波形，因此所有儀表引線也不宜與其它控制線混放在一 個(gè)線槽內(nèi)。3. 5繼電控制設(shè)計(jì)繼電控制電路應(yīng)優(yōu)先選擇最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案。在滿(mǎn)足止常操作與維修的基礎(chǔ)上，控制按 鈕、開(kāi)

11、關(guān)、指示燈等設(shè)置應(yīng)當(dāng)力求減少到最低數(shù)量，一方面便于操作，另一方面也町以減少 t擾?？刂瓢磩?chuàng)、開(kāi)關(guān)、指示燈等通常往往需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的引線引到裝置的而板上，或者經(jīng) 過(guò)更反的引線引到遠(yuǎn)離裝置木體的操作者手邊，而這些部件有時(shí)既與繼電控制系統(tǒng)有聯(lián)系, 又與可控硅的觸發(fā)或保護(hù)系統(tǒng)冇聯(lián)系。引線越長(zhǎng)往往越容易引入各種干擾，使觸發(fā)系統(tǒng)或保 護(hù)系統(tǒng)工作杲常。所以除了盡量減少按鈕、開(kāi)關(guān)、指示燈等部件的數(shù)量外，必需的長(zhǎng)引線也 可采川有絕緣雙絞芯線的屏蔽線。此外，衣町控硅觸發(fā)系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)屮所設(shè)置的觸點(diǎn)町通 過(guò)小型繼電器實(shí)行隔離，以提高抗干擾能力。小型繼電器可以直接安裝在觸發(fā)系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)z屮，這樣觸點(diǎn)的引線就極短，不易

12、引 入干擾，而繼電器的線圈可以通過(guò)較長(zhǎng)的導(dǎo)線與繼電控制系統(tǒng)連接起來(lái)，這樣可以大大削弱 長(zhǎng)引線引入的干擾対觸發(fā)系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)的影響。3. 6其它抗干擾措施上而所述兒點(diǎn)為最根本的抗t擾措施，除此之外，還有下列一些方而需要注意： 通常，晶閘管中頻電源工作環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)烈，主電路接線連接不牢易引起發(fā)熱，控制回 路接線不牢則易引入干擾信號(hào)，影響電源可靠性。所以，對(duì)于各接線端（壓接、插接、焊接 等）應(yīng)經(jīng)常檢查，確保可靠。 選擇kgps變頻電源時(shí)盡對(duì)能采用抗干擾能力強(qiáng)的控制電路，對(duì)于觸發(fā)脈沖形成電 路，優(yōu)先采用數(shù)字化集成電路。 用工頻電流互感器采集屮頻電流信號(hào)，利用工頻電流互感器反應(yīng)速度慢的特點(diǎn)來(lái)濾去 中頻電流中的雜波和高次諧波。4結(jié)束語(yǔ)晶閘