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变频器干扰问题

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  • 发布时间:2015/1/7 15:43:13
  • 作者:银河电气

变频器示意图

  随着变频器技术的高速发展,变频器及其变频调速广泛的被应用到工业控制各领域,如空调、供水、电力拖动等方面的啊应用。变频器的广泛应用的同时也带来了不可忽视的干扰问题(包括周围电子电气设备对变频器的干扰、变频器对电网和周围设备的干扰),如果变频器干扰问题不能有效的解决,不仅变频器系统本身不能可靠的运行,还会影响周围的电子、电气设备正常运行。

1、变频器干扰来源

01外部对变频器干扰

  1、非线性用电设备对变频器的干扰
  由于各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、照明设备等非线性负载的应用,这些负载成为电网中的大量谐波源,使电网电压、电流产生波形畸变。
变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后,若不加以处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电、浪涌、跌落、尖峰电压脉冲、射频干扰等。其次,共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。
  2、补偿电容器的投入和切出对变频器的干扰
  许多用户都在变电所内采用集中电容补偿的方法来提高功率因数,在补偿电容器投入和切出的暂态过程中,网络电压有可能出现很高的峰值,其结果可能使变频器的整流管因承受过高的反电压而击穿。

02变频器对外部干扰

  变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术,当工作于开关模式且作高速切换时,产生大量耦合性噪声。因此变频器系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。
  变频器的输入和输出电流中,都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外,还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去,形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。

2、变频器抗干扰对策

  电磁干扰三要素是干扰源、传播途径、对电磁干扰敏感的设备。为防止干扰,可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中,硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施,一般我们是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

01隔离

  隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使它们不发生电联系。在变频调速传动系统中,通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器,以免传导干扰。

02滤波

  在线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电动机。为减少电磁噪声和损耗,在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰,可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备,可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。在变频器的输入和输出电路中,除了上述较低的谐波成分外,还有许多频率很高的谐波电流,它们将以各种方式把自己的能量传播出去,形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位置的不同,可分为:
  (1)输入滤波器通常又有两种:
  线路滤波器:主要由电感线流图构成。它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。
  辐射滤波器:主要由高频电容器构成。它将吸收掉频率很高的、具有辐射能量的谐波成分。
  (2)输出滤波器也由电感线圈构成。它可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分。非但起到抗干扰的作用,且能削弱电动机中由高次谐波谐波电流引起的附加转矩。
  对于变频器输出端的抗干扰措施,必须注意以下方面:
  变频器的输出端不允许接入电容器,以免在逆变管导通关断瞬间,产生峰值很大的充放电电流,损害逆变管;
  当输出滤波器由LC电路构成时,滤波器内接入电容器的一侧,必须与电动机侧相接。

03屏蔽

  屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号线尽可能短(一般为20m以内),且信号线采用双芯屏蔽,并与主电路线(AC380V)及控制线(AC220V)完全分离,决不能放于同一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效,屏蔽罩必须可靠接地。

04接地

  正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰,又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中,由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接,大大降低了系统的稳定性和可靠性。
  对于变频器,主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段,因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2,长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开,不能共地。

05接入电抗器

  在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量(5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所)所占的比重是很高的,它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外,还因为它们消耗了大量的无功功率,使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同,主要有以下两种:
  (1)交流电抗器 串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有:
  通过抑制谐波电流,将功率因数提高至(0.75-0.85);
  削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击;
  削弱电源电压不平衡的影响。
  (2)直流电抗器 串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一,就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效,可达0.95,并具有结构简单、体积小等优点。

06合理布线

  对于通过感应方式传播的干扰信号,可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有:
  (1) 设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线;
  (2) 其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。