通用變頻器抗干擾技術(shù)探討

朱立鋒

摘要：隨著國內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，目前，市場對交流變頻調(diào)速的需求量也逐年增大，本文主要介紹通用變頻器使用過程中諧波傳播途徑及其干擾產(chǎn)生的機(jī)理，提出相應(yīng)的解決方法，并對變頻器的實際應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：變頻器;諧波;抗干擾技術(shù);機(jī)理及傳播途徑

隨著我國科學(xué)水平的發(fā)展進(jìn)步，在工業(yè)領(lǐng)域各種控制系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，變頻器等電子裝置在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，變頻器的節(jié)能效果獲得廣大用戶的高度認(rèn)可，但其缺點是系統(tǒng)的干擾較為嚴(yán)重，容易損壞系統(tǒng)硬件，導(dǎo)致控制系統(tǒng)失靈，從而發(fā)生設(shè)備事故。為了確保變頻器能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)合本廠變頻器的使用情況，就采取的抗干擾措施進(jìn)行了研究。

1.通用變頻器中調(diào)速系統(tǒng)的電磁干擾源和途徑

1.1通用變頻器諧波產(chǎn)生機(jī)理

普遍變頻器的主電路是由交流—直流—交流組成，外部交流電源通過三相橋路整流后變成直流電壓信號，再經(jīng)過濾波電容器濾波和大功率晶體管開關(guān)等元件逆變成頻率可以變化的交流信號。在整流電路中，輸入的電流波形是不規(guī)則的矩形波，且電流波形按照傅立葉級數(shù)方式分解為各次諧波和基波，其中的高次諧波將供電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾作用。

1.2通用變頻器中電磁干擾的途徑

變頻器能產(chǎn)生大功率的高頻諧波，對系統(tǒng)設(shè)備有較強(qiáng)干擾作用，其干擾途徑主要分傳導(dǎo)、電磁輻射和感應(yīng)耦合，與一般電磁的干擾途徑基本一致。主要表現(xiàn)為對附件的電子、電氣設(shè)備形成電磁輻射;使直接驅(qū)動的電動機(jī)制造電磁噪聲，以及電動機(jī)銅耗和鐵耗增加，通過配電網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)干擾到系統(tǒng)其他設(shè)備;變頻器對周圍的其他線路形成感應(yīng)耦合，產(chǎn)生干擾電流或者電壓。同樣，系統(tǒng)內(nèi)部中干擾信號能以同樣途徑影響變頻器的正常運(yùn)行。

2.有效控制諧波干擾的方法

本廠使用10臺IHP-160K型變頻器，依據(jù)電磁基本原理，形成電磁干擾的三要素分別為：電磁干擾源、電磁干擾途徑以及對電磁干擾較為敏感的系統(tǒng)。抑制干擾有軟件抗干擾及硬件抗干擾兩種方式。其中，硬件抗干擾是最重要和最基本的抗干擾措施，一般從防和抗兩方面來抑制和消除電磁干擾源、切斷電磁干擾途徑，降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。在工程上可采用的具體措施有屏蔽、隔離、接地、濾波等方法。

2.1隔離干擾和設(shè)置濾波器

2.1.1隔離干擾

主要是把干擾源及易受干擾的部分從電路上隔離出來，使其不產(chǎn)生電的聯(lián)系。在變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)中，通常是采用隔離變壓器把電源和放大器電路之間隔離以避免傳導(dǎo)干擾，電源隔離變壓器能采用噪聲隔離變壓器。

2.1.2設(shè)置濾波器

在變頻器輸入側(cè)設(shè)置一個輸入濾波器可減少對電源的干擾。如果線路中存在敏感電子設(shè)備，可以在電源線上安置一個電源噪聲濾波器來抑制傳導(dǎo)干擾。在變頻器的輸出和輸入電路中，不僅有上述低頻諧波電流，還有很多高頻諧波電流，它們將能量以各種不同方式傳遞出去，對其它設(shè)備造成干擾。濾波器主要是削弱較高頻率的諧波分量，根據(jù)不同的使用位置，濾波器可分為輸入、輸出兩種濾波器。而輸入濾波器又有兩種，一種為線路濾線器，主要元件是電感線圈，它通過增大高頻下的線路阻抗來減小較高頻率諧波電流。另一種為輻射濾波器，主要元件是高頻電容器，它主要是吸收掉很高頻率的、具有輻射能量的諧波成分。輸出濾波器能夠有效地降低輸出電流中的高次諧波成分，不僅起到抗干擾的作用，還能減少電動機(jī)中由高次諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。

2.2屏蔽干擾源和接地

2.2.1屏蔽干擾源

變頻器本身通常采用鐵殼屏蔽，以免泄漏其電磁干擾;輸出

線最好使用鋼管屏蔽，尤其是用外部信號控制變頻器時，信號線應(yīng)該盡可能短（一

般不超過20m），且信號線要與控制線（AC220V）及主電路線（AC380V）完全分離，并采用雙芯屏蔽，絕對不能放在同一線槽或配管內(nèi)，也要屏蔽周圍電子敏感設(shè)備線路。要保證屏蔽有效，屏蔽罩接地必須可靠。

2.2.2接地

正確的接地不僅使系統(tǒng)能夠有效地抑制外來干擾，還可以減少設(shè)備本身對外界的干擾。在系統(tǒng)實際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)電源的地線、零線不分、控制系統(tǒng)屏蔽地混亂，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性大大降低。變頻器主回路端子PE（E、G）的接地正確與否，是降低變頻器干擾和提高變頻器控制噪聲能力的主要手段，因此，在實際應(yīng)用中必須加以重視。變頻器接地導(dǎo)線的截面積一般在2.5m㎡以上，長度一般不超過20M，注意變頻器的接地點要與其它設(shè)備的接地點分開，以免共地。

3.抑制電磁干擾實例分析與展望

以裝置二線計量泵出現(xiàn)大面積跳停為例，報警OC2（恒速中過流），如果對平穩(wěn)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。主要應(yīng)對措施有：

3.1糾正電機(jī)與變頻器、輸出電纜之間的接地連接;

3.2統(tǒng)計出發(fā)生95%以上大面積跳停的9臺變頻器，繞過接線端子箱重新設(shè)置輸出電纜。采取以上兩點措施后，大面積跳停故障必然消失。

隨著人們越來越重視環(huán)境問題，變頻器的電磁兼容性（EMC）技術(shù)必將受到足夠重視。在推廣應(yīng)用變頻器初期，噪聲問題曾經(jīng)是一個不小的難題，而低噪聲變頻器的出現(xiàn)，已較好地解決了這個問題，但是，隨之而來的是產(chǎn)生了變頻器對環(huán)境的電磁污染問題，變頻器本身的諧波會對電源造成干擾，并影響到接在同一電源系統(tǒng)的其他設(shè)備。因此，相關(guān)研究人員需要對通用變頻器抗干擾技術(shù)展開探討。

4.結(jié)束語

隨著電力電子和微電子技術(shù)的新技術(shù)、新理論不斷在變頻器上得到應(yīng)用，重視變頻器的抗干擾技術(shù)已經(jīng)成為變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用必須面對的問題。而分析和研究抑制變頻器諧波的方法必將成為—個很重要的課題。變頻器抗干擾技術(shù)的應(yīng)用對提高變頻器等工業(yè)設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性具有非常重要的指導(dǎo)意義。

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