變頻器應(yīng)用中的干擾及其抑制

王桂芳

(山西焦煤西山技工學(xué)校)

變頻器應(yīng)用中的干擾及其抑制

王桂芳①

(山西焦煤西山技工學(xué)校)

變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛,其干擾問題日益引起人們的重視。本文主要介紹了變頻器應(yīng)用系統(tǒng)中干擾產(chǎn)生的來源及其傳播途徑,提出了抗干擾的實際解決方法,闡述了在變頻器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計和安裝中抑制干擾的具體措施。

變頻器;應(yīng)用;干擾;抑制;途徑;措施

變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能性能,在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于其采用軟啟動,可以減少設(shè)備和電機(jī)的機(jī)械沖擊,延長設(shè)備和電機(jī)的使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域中,減輕了工人的勞動強(qiáng)度,提高了經(jīng)濟(jì)效益,但隨之也帶來了一些干擾問題。現(xiàn)場的供電和用電設(shè)備會對變頻器產(chǎn)生影響,變頻器運行時產(chǎn)生的高次諧波也會干擾周圍設(shè)備的運行。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種:對電子設(shè)備的干擾、對通信設(shè)備的干擾及對無線電等產(chǎn)生的干擾。對計算機(jī)和自動控制裝置等電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾主要是感應(yīng)干擾;對通信設(shè)備和無線電等產(chǎn)生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好,不但系統(tǒng)無法可靠運行,還會影響其他電子、電氣設(shè)備的正常工作。因此,有必要對變頻器應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾問題及其抑制方法進(jìn)行探討,以促進(jìn)其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要電磁干擾源及途徑

1.1 主要電磁干擾源

1)電磁干擾也稱電磁騷擾(EMI),是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾,通常是通過電路傳導(dǎo)和以場的形式傳播的。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負(fù)載,它所產(chǎn)生的諧波會對同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。另外,變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù),當(dāng)其工作于開關(guān)模式并作高速切換時,產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此,變頻器對系統(tǒng)內(nèi)其他的電子、電氣設(shè)備來說是一個電磁干擾源。2)電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源,這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變,從而對電網(wǎng)中其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。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,電網(wǎng)噪聲就會通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電;浪涌、跌落;尖峰電壓脈沖;射頻干擾。3)共模干擾。通過變頻器的控制信號線也會干擾變頻器的正常工作。

1.2 電磁干擾的途徑

變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波,對系統(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是一致的,主要分電磁輻射、傳導(dǎo)、感應(yīng)耦合。具體為:

1)電磁輻射。對周圍的電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射。變頻器如果不是處在一個全封閉的金屬外殼內(nèi),它就可以通過空間向外輻射電磁波。其輻射場強(qiáng)取決于干擾源的電流強(qiáng)度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負(fù)載,它所產(chǎn)生的諧波對接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術(shù),當(dāng)根據(jù)給定頻率和幅值指令產(chǎn)生預(yù)期的和重復(fù)的開關(guān)模式時,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。高載波頻率和場控開關(guān)器件的高速切換(dv/ dt可達(dá)1 kV/μs以上)所引起的輻射干擾問題相當(dāng)突出。當(dāng)變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞,則輻射強(qiáng)度與干擾信號的波長有關(guān),當(dāng)孔洞的大小與電磁波的波長接近時,會形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場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干擾變頻器的正常工作。

2)傳導(dǎo)。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,也可以通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。與輻射干擾相比,其傳播的路程可以很遠(yuǎn)。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)生的干擾信號將沿著配電變壓器進(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),使接自民用配電母線的電氣設(shè)備成為遠(yuǎn)程的受害者。

3)感應(yīng)耦合。感應(yīng)耦合是介于輻射與傳導(dǎo)之間的第三條傳播途徑。當(dāng)干擾源的頻率較低時,干擾的電磁波輻射能力相當(dāng)有限,而該干擾源又不直接與其它導(dǎo)體連接,但此時的電磁干擾能量可以通過變頻器的輸入、輸出導(dǎo)線與其相鄰的其他導(dǎo)線或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)耦合,在鄰近導(dǎo)線或?qū)w內(nèi)感應(yīng)出干擾電流或電壓。感應(yīng)耦合可以由導(dǎo)體間電容耦合的形式出現(xiàn),也可以由電感耦合的形式或電容、電感混合的形式出現(xiàn)。

2 抗電磁干擾的措施

根據(jù)電磁性的基本原理,形成電磁干擾(EMI)須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統(tǒng)等三個要素。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,一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾,其原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

1)隔離。所謂干擾的隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來,使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。在變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)中,通常是在電源和放大器電路之間的電源線上采用隔離變壓器以免傳導(dǎo)干擾,電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。

2)濾波。設(shè)置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導(dǎo)干擾到電源及電動機(jī)。為減少電磁噪聲和損耗,在變頻器輸出側(cè)可設(shè)置輸出濾波器。為減少對電源的干擾,可在變頻器輸入側(cè)設(shè)置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設(shè)備,可在電源線上設(shè)置電源噪聲濾波器,以免傳導(dǎo)干擾。

3)屏蔽。屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽,不讓其電磁干擾泄漏。輸出線最好用鋼管屏蔽,特別是以外部信號控制變頻器時,要求信號線盡可能短(一般為20 m以內(nèi)),且信號線采用雙芯屏蔽,并與主電路及控制回路完全分離,不能放于同一配管或線槽內(nèi),周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效,屏蔽罩必須可靠接地。

4)接地。實踐證明,接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合,防止外部干擾的侵入,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。變頻器的接地方式有多點接地、一點接地及經(jīng)母線接地等幾種形式,要根據(jù)具體情況采用,注意不要因為接地不良而對設(shè)備產(chǎn)生干擾。

以上抗干擾措施可根據(jù)系統(tǒng)的抗干擾要求來合理選擇使用。若系統(tǒng)中含控制單元如微機(jī)等,還須在軟件上采取抗干擾措施。

3 結(jié)束語

通過對變頻器運行過程中存在的干擾問題的分析,提出了解決方法。

在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用實例,如西山煤電集團(tuán)公司432小區(qū)生活供水水泵變頻器、屯蘭礦供暖站鍋爐房引風(fēng)機(jī)變頻器、馬蘭礦供暖站鍋爐房引風(fēng)機(jī)變頻器都采用了抑制干擾措施,并且收到良好的效果;隨著新技術(shù)和新理論不斷在變頻器上的應(yīng)用,變頻器應(yīng)用存在的問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。隨著工業(yè)現(xiàn)場和社會環(huán)境對變頻器的要求不斷提高,滿足實際需要的真正“綠色”變頻器不久也會面世。

[1] 李發(fā)海,王 巖.電機(jī)拖動與基礎(chǔ)[M].北京:中央廣播電視大學(xué)出版社,1985:35-37.

[2] 劉 富.煤礦電工學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2002:58-59.

[3] 楊文,周培華.綜采電氣設(shè)備[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1990:138-140.

Interferance and Elimination in Application of Frequency Converter

Wang Gui-fang

The application of frequency converter in industrial production is more and more widespread, its interference brings the attention of people.Mainly introduces the sources and transmission routes of interference in the application system of frequency converter,puts forward the method to solve practical anti-interference,expounds specific measures of restraining interference in design and installation of the application system of frequency converter.

Frequency converter;Application;Interference;Elimination;Way;Measure

book=2,ebook=43

TD679

B

1672-0652(2010)01-0034-02

2010-01-22

王桂芳 女 1971年出生 2000年畢業(yè)于太原理工大學(xué) 講師 太原 030053