變頻器在電力系統(tǒng)工程應(yīng)用中的干擾及解決方法

蔣宗耀

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展、變頻器以其具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、控制的多源化、節(jié)能、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，被越來越廣泛的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和生活中。然而，變頻器的大量使用，人們?cè)谙硎苓@些優(yōu)越感帶來效益和實(shí)惠的同時(shí)，變頻器還存在一個(gè)不可忽視的問題，變頻器的干擾，變頻器的干擾由自生產(chǎn)生，不加以優(yōu)化和控制會(huì)對(duì)其它電器設(shè)備的運(yùn)行造成影響，甚至?xí)?duì)整個(gè)電網(wǎng)造成污染。因此，如何有效的解決變頻器干擾問題是值得我們?nèi)ニ伎己陀懻摗?/p>

關(guān)鍵詞：變頻器 電力系統(tǒng) 干擾

1、變頻器概述

變頻器主要由三相橋式整流、濾波、逆變系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)微處理單元等組成的。

變頻器的主要部件為三相橋式整流、濾波、逆變系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)微處理單元。在具體的控制過程中，采取了分層控制的方式，既提高了控制系統(tǒng)的控制效果，同時(shí)也簡(jiǎn)化了控制流程，使整個(gè)控制流程能夠得到有效的優(yōu)化，在具體的控制效果上滿足了實(shí)際需要。所以，了解并掌握變頻器的工作原理，對(duì)做好變頻器的應(yīng)用和提高變頻器的應(yīng)用效果具有重要作用。

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器調(diào)速技術(shù)作為集成自動(dòng)控制和電力電子參數(shù)的技術(shù)模型，具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。不僅能實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求，也能利用軟啟動(dòng)等方式，減少設(shè)備運(yùn)行過程中的機(jī)械沖擊，一定程度上延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。正是基于此，在工業(yè)領(lǐng)域中設(shè)置應(yīng)用模型，能在提高干擾問題處理效果的基礎(chǔ)上，提升經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步降低勞動(dòng)強(qiáng)度，建立更加具有針對(duì)性的管控措施。

2、變頻器的主要干擾源

變頻器包括整流電路和逆變電路，輸入的交流電經(jīng)過整流電路和平波回路，轉(zhuǎn)換成直流電壓，再通過逆變器把直流電壓變換成不同寬度的脈沖電壓（稱為脈寬調(diào)制電壓，PWM）。用這個(gè)PWM電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)，就可以起到調(diào)整電機(jī)力矩和速度的目的。這種工作原理導(dǎo)致以下三種電磁干擾：

2.1諧波干擾

整流電路會(huì)產(chǎn)生諧波電流，這種諧波電流在供電系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生電壓降，導(dǎo)致電壓波型發(fā)生畸變，這種畸變的電壓對(duì)于許多電子設(shè)備形成干擾，常見的電壓畸變是正弦波的頂部變平。諧波電流一定時(shí)，電壓畸變?cè)谌蹼娫吹那闆r下更加嚴(yán)重，這種干擾的特征是會(huì)對(duì)使用同一個(gè)電網(wǎng)的設(shè)備形成干擾，而與設(shè)備與變頻器之間的距離無關(guān)；

2.2射頻傳導(dǎo)發(fā)射干擾

由于負(fù)載電壓為脈沖狀，因此變頻器從電網(wǎng)吸取電流也是脈沖狀，這種脈沖電流中包含了大量的高頻成分，形成射頻干擾，這種干擾的特征是會(huì)對(duì)使用同一個(gè)電網(wǎng)的設(shè)備形成干擾，而與設(shè)備與變頻器之間的距離無關(guān)；

2.3射頻輻射干擾

射頻輻射干擾來自變頻器的輸入電纜和輸出電纜。在上述的射頻傳導(dǎo)發(fā)射干擾的情形中，變頻器的輸入輸出電纜上有射頻干擾電流時(shí)，由于電纜相當(dāng)于天線，必然會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射，產(chǎn)生輻射干擾。變頻器輸出電纜上傳輸?shù)腜WM電壓，同樣包含豐富的高頻的成分，會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射，形成輻射干擾。

根據(jù)電磁學(xué)的基本原理，形成電磁干擾必須具備三要素：電磁干擾源、電磁干擾途徑、對(duì)電磁干擾敏感的系統(tǒng)。為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和放兩方面入手來抑制干擾，其總體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)干擾信號(hào)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。

3、抗電磁干擾的有效對(duì)策

3.1采用軟件抗干擾措施

具體來講就是通過變頻器的人機(jī)界面下調(diào)變頻器的載波頻率，把該值調(diào)低到一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?。如果這個(gè)方法不能奏效，那么只能采取下面的硬件抗干擾措施。

3.2進(jìn)行正確的接地

通過現(xiàn)場(chǎng)的具體調(diào)研我們可以看到，現(xiàn)場(chǎng)的接地情況是不甚理想的。而正確的接地既可以是系統(tǒng)有效地抑制外來干擾，又能降低設(shè)備本身對(duì)外界的干擾，是解決變頻器干擾最有效的措施。具體來講就是做到以下幾點(diǎn)：

（1）變頻器的主回路端子PE（E、G）必須接地，該接地可以和該變頻器所帶的電機(jī)共地，但不能與其它的設(shè)備共地，必須單獨(dú)打接地樁，且該接地點(diǎn)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離弱電設(shè)備的接地點(diǎn)。

（2）其它機(jī)電設(shè)備的地線中，保護(hù)接地和工作接地應(yīng)分開單獨(dú)設(shè)接地極，并最后匯入配電柜的電氣接地點(diǎn)。控制信號(hào)的屏蔽地和主電路導(dǎo)線的屏蔽地也應(yīng)分開單獨(dú)設(shè)接地極，并最后匯入配電柜的電氣接地點(diǎn)。

3.3屏蔽干擾源

屏蔽干擾源是抑制干擾的很有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，可以不讓其電磁干擾泄露，但變頻器的輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號(hào)（從控制器上輸出4～20mA信號(hào)）控制變頻器時(shí)，要求該控制信號(hào)線盡可能短（一般為20m以內(nèi)），且必須采用屏蔽雙絞線，并與主電路線（AC380）及控制線（AC220V）完全分離。此外，系統(tǒng)中的電子敏感設(shè)備線路也要求采用屏蔽雙絞線，特別是壓力信號(hào)。且系統(tǒng)中所有的信號(hào)線決不能和主電路線及控制線放于同一配管或線槽內(nèi)。為使屏蔽有效，屏蔽層必須可靠接地。

3.4合理的布線

具體方法有：

（1）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。

（2）其它設(shè)備的電源線和信號(hào)線應(yīng)避免和變頻器的輸入輸出線平行。

如果采取了以上的辦法之后還是不能夠奏效，那么繼續(xù)以下辦法：

3.5干擾的隔離

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，使他們不發(fā)生電的聯(lián)系。通常是在電源和控制器及變送器等放大器電路之間在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。

3.6在系統(tǒng)線路中設(shè)置濾波器

設(shè)備濾波器的作用是為了抑制干擾信號(hào)從變頻器通過電源線傳導(dǎo)干擾到電源和電動(dòng)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(duì)電源干擾，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)備如控制器和變送器等，可在該設(shè)備的電源線上設(shè)置電源噪聲濾波器以免傳導(dǎo)干擾。

3.7采用電抗器

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波成分（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其它設(shè)備的正常運(yùn)行之外，還因?yàn)樗鼈兿牧舜罅康臒o功功率，使線路的功率因素大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據(jù)接線位置的不同，主要有以下兩種：

（1）交流電抗器：串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。其主要功能有：

a、通過抑制諧波電流，將功率因素提高至（0.75-0.85）；

b、削弱輸入電路中的浪涌電流對(duì)變頻器的沖擊；

c、削弱電源電壓不平衡的影響。

（2）直流電抗器：串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因素方面比交流電抗器有效，可達(dá)0.95，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

4、結(jié)語

在今后變頻器應(yīng)用過程中，針對(duì)變頻器在運(yùn)行中出現(xiàn)的干擾問題不斷引進(jìn)新技術(shù)，進(jìn)一步開發(fā)和完善功能，增強(qiáng)抗干擾能力，更好地應(yīng)用于電力系統(tǒng)以及其他工業(yè)工程建設(shè)中。

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