變頻器應(yīng)用中抗干擾問題的探討

1、變頻器應(yīng)用中抗干擾問題的探討隨著電力電子及其控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器及其變頻調(diào)速已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，如變頻調(diào)速在供水、空調(diào)設(shè)備、過程控制、電梯、機(jī)床等方面的應(yīng)用，變頻器的廣泛應(yīng)用也帶來了不能忽視的干擾問題。這種干擾表現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)供電和其他用電設(shè)備對(duì)變頻器的干擾和變頻器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)和周圍設(shè)備的干擾兩個(gè)方面。如果變頻器的干擾問題解決不好，不僅變頻器系統(tǒng)無法可靠運(yùn)行，還會(huì)影響其周邊其他電子、電氣設(shè)備的正常工作。因此，變頻器應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾問題倍受理論界和工程應(yīng)用界的廣泛重視。下面結(jié)合自己的工作實(shí)踐，主要討論變頻器及其調(diào)速系統(tǒng)的干擾及其抑制方法。2 變頻器系統(tǒng)的主要干擾2.1

2、外部對(duì)變頻器的干擾(1) 非線性用電設(shè)備對(duì)變頻器的干擾由于各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、照明設(shè)備等非線性負(fù)載的應(yīng)用，這些負(fù)載成為電網(wǎng)中的大量諧波源，使電網(wǎng)電壓、電流產(chǎn)生波形畸變。圖1示出晶閘管換相引起的畸變。圖1 晶閘管換相引起的畸變變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后，若不加以處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源對(duì)變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時(shí)掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號(hào)線也會(huì)干擾變頻器的正常工作。(2) 補(bǔ)償電容器的投入和切出對(duì)變頻器的干擾許多用戶都在變電所內(nèi)采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β?/p>

3、因數(shù)，在補(bǔ)償電容器投入和切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，如圖2所示，其結(jié)果是可能使變頻器的整流管因承受過高的反電壓而擊穿。圖2 補(bǔ)償電容投入時(shí)的電壓畸變2.2 變頻器對(duì)外部的干擾變頻器對(duì)電網(wǎng)來說也是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。另外，逆變器采用spwm技術(shù)，當(dāng)其工作于開關(guān)模式并作高速切換時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲,對(duì)共網(wǎng)的其他的電子、電氣設(shè)備來說是一個(gè)電磁干擾源。(1) 輸入電流的波形ac-dc-ac壓型變頻器的輸入側(cè)是整流和濾波電路，只有在電源的線電壓ul大于電容器兩端的直流電壓ud時(shí)，整流橋中才有充電電流。因此充電電流總是出現(xiàn)在電源電壓

4、的振幅值附近，呈不連續(xù)的沖擊波形式，如圖3a)所示。它具有很強(qiáng)的高次諧波成分，其中5次諧波和7次諧波分量很大，如圖3b)所示。圖3 輸入電流的波形及其諧波分析(2) 輸出電壓與電流的波形變頻器的逆變橋大多采用spwm技術(shù)，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形波，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且?guī)в信c開關(guān)頻率相應(yīng)的高次諧波群，如圖4a)所示。其高載波頻率和場(chǎng)控開關(guān)器件的高速切換(dv/dt可達(dá)1kv/s以上)所引起的輻射干擾相當(dāng)突出。3 電磁干擾的傳播途徑變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對(duì)系統(tǒng)其他設(shè)備干擾性較強(qiáng)。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑一樣，有電磁輻射、電路耦合、感應(yīng)耦合等1，現(xiàn)分

5、析如下。3.1 電磁輻射變頻器對(duì)電網(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波對(duì)接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。當(dāng)變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強(qiáng)度與干擾信號(hào)的波長(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)孔洞的大小與電磁波的波長(zhǎng)接近時(shí)，會(huì)形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場(chǎng)中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會(huì)干擾變頻器的正常工作。3.2 電路耦合上述的電磁干擾除了通過與其相連的導(dǎo)線向外部發(fā)射，還可以通過阻抗耦合或接地回路耦合，將干擾信號(hào)帶入其它電路。比較典型的傳播途徑是：接自工業(yè)低壓網(wǎng)絡(luò)的變頻器所產(chǎn)生的干擾信號(hào)可沿著配電變壓器進(jìn)入中壓網(wǎng)絡(luò)，并沿著其它的配電變壓器最終又進(jìn)入民用低壓配電網(wǎng)絡(luò)，使接

6、自民用配電母線的電氣設(shè)備成為遠(yuǎn)程的受害者。3.3 感應(yīng)耦合當(dāng)變頻器輸入或輸出電路與其它設(shè)備的電路很近時(shí)，變頻器的高次諧波信號(hào)可通過感應(yīng)的方式耦合到其它設(shè)備中去。其中電流干擾信號(hào)主要以電磁感應(yīng)方式傳播，電壓干擾信號(hào)主要以靜電感應(yīng)方式傳播。4 抗電磁干擾的措施及注意事項(xiàng)為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，總的原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的敏感性，可從“抗”和“防”兩方面入手采取措施抑制干擾2。4.1 正確安裝、合理布線變頻器對(duì)安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用手冊(cè)對(duì)環(huán)境溫度、通風(fēng)、濕度、海拔高度都有明確規(guī)定。

7、以下幾個(gè)方面的安裝工藝要求值得注意：(1) 確保控制柜中的所有設(shè)備接地良好，應(yīng)該使用短、粗的接地線(最好采用扁平導(dǎo)體或金屬網(wǎng)，因其在高頻時(shí)阻抗較低)連接到公共地線上。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其接地電阻應(yīng)小于4歐姆。另外與變頻器相連的控制設(shè)備(如plc或pid控制儀)要與其共地。(2) 安裝布線時(shí)將電源線和控制電纜分開，其它設(shè)備的電源線和信號(hào)線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線，例如使用獨(dú)立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉，應(yīng)成90交叉布線。(3) 使用屏蔽導(dǎo)線或雙絞線連接控制電路時(shí)，確保未屏蔽之處盡可能短，條件允許時(shí)應(yīng)采用電纜套管。(4) 確?？刂乒裰械慕佑|器有滅弧功能，交流接觸器采用r-c抑制器，也可采用壓敏電阻抑制器，如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的，這一點(diǎn)特別重要。(5) 所有的電源線