|
摘要:文中主要介绍了变频器的干扰的形成、来历、途径，和避免干扰的对策及其在现实运用中几种有用的抗干扰措施。
在各类工控制系统中，随着变频器等电力电子装配的普遍使用，系统的电磁干扰(EMI)日益严重，响应的抗干扰设计技术(即电磁兼容EMC)已变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏，有时虽不能损坏系统的硬件，但常使微处置器的系统法式运行失控，致使控制失灵，从而造成装备和生产事故。是以，若何提高系统的抗干扰能力和靠得住性是自动化装配研制和运用中不成轻忽的重要内容，也是计较机控制技术运用和推行的关头。谈到变频器的抗干扰问题，首先要领会干扰的来历、传布方式，然后再针对这些干扰接纳分歧的措施。
1、变频器干扰的来历
首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要经由过程变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在年夜谐波源如各类整流装备、交直流交换装备、电子电压调整装备，非线性负载及照明装备等。这些负荷都使电网中的电压、电流发生波形畸变，从而对电网中其它装备发生风险的干扰。变频器的供电电源遭到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处置，电网噪声就会经由过程电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有(1)过压、欠压、瞬时失落电(2)浪涌、跌落 (3)尖峰电压脉冲 (4)射频干扰。
1、 晶闸管换流装备对变频器的干扰
当供电网络内有容较年夜的晶闸管换流装备时，由于晶闸管总是在每相半周期内的部门时间内导通，容易使网络电压泛起凹口，波形严重失真。它使变频器输进侧的整流电路有可能因泛起较年夜的反向回复电压而遭到损害，从而致使输进回路击穿而烧毁。
2、 电力抵偿电容对变频器的干扰
电力部门对用电单元的功率因数有一定的要求，为此，许多用户都在变电所采用集中电容抵偿的方式来提高功率因数。在抵偿电容投进或切出的暂态进程中，网络电压有可能泛起很高的峰值，其成效是可能使变频器的整流二极管因承受太高的反向电压而击穿。
其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说长短线性负载，它所发生的谐波对统一电网的其它电子、电气装备发生谐波干扰。另外变频器的逆变器年夜多采用PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，发生年夜耦合性噪声。是以变频器对系统内其它的电子、电气装备来说是一电磁干扰源。
变频器的输进和输出电流中，都含有很多高次谐波成份。除能组成电源无功消耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成份。它们将以各类方式把自己的能传布出往，形成对变频器自己和其它装备的干扰旌旗灯号。
(1)输进电流的波形 变频器的输进侧是二极管整流和电容滤波电路。显然只有电源的线电压UL年夜于电容器两头的直流电压UD时，整流桥中才有充电电流。是以，充电电流总是泛起在电源电压的振幅值四周，呈不接连的冲击波形式。它具有很强的高次谐波成份。有关资料讲明，输进电流中的5次谐波和7次谐波的谐波份是年夜的，划分是50HZ基波的80%和70%。
(2)输出电压与电流的波形 尽年夜大都变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式，其输出电压为占空比按正弦纪律散布的系列矩形式形波；由于电念头定子绕组的电感性，定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波份仍是较年夜的。
2、干扰旌旗灯号的传布方式
变频器能发生功率较年夜的谐波，由于功率较年夜，对系统其它装备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分传导(即电路耦合)、电磁辐射、感应耦合。具体为:首先对周围的电子、电气装备发生电磁辐射;其次对直接驱动的电念头发生电磁噪声，使得机电铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源，经由过程配电网络传导给系统其它装备;后变频器对相邻的其它线路发生感应耦合，感应出干扰电压或电流。一样，系统内的干扰旌旗灯号经由过程不异的途径干扰变频器的正常工作。
(1) 电路耦合方式 即经由过程电源网络传布。由于输进电流为非正弦波，当变频器的容较年夜时，将使网络电压发生畸变，影响其他装备工工作，同时输出端发生的传导干扰使直接驱动的机电铜损、铁损年夜幅增加，影响了机电的运转特征。显然，这是变频器输进电流干扰旌旗灯号的主要传布方式。
(2) 感应耦合方式 当变频器的输进电路或输出电路与其他装备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波旌旗灯号将经由过程感应的方式耦合到其他装备中往。感应的方式又有两种:
a、电磁感应方式，这是电流干扰旌旗灯号的主要方式；
b、静电感应方式，这是电压干扰旌旗灯号的主要方式。
(3) 空中幅射方式 即以电磁波方式向空中幅射，这是频率很高的谐波份的主要传布方式。
3、变频调速系统的抗干扰对策
凭据电磁性的基来源根基理，形成电磁干扰(EMI)须具有三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为避免干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是运用措施系统基本和重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面进手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、下降系统干扰旌旗灯号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏障、接地等方式。
1、 所谓干扰的隔离，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部门隔脱离来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，凡是是电源和放年夜器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可运用噪声隔离变压器。
2、 在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰旌旗灯号从变频器经由过程电源线传导干扰到电源从电念头。为削减电磁噪声和消耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器;为削减对电源干扰，可在变频器输进侧设置输进滤波器。若线路中有敏感电子装备，可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。在变频器的输进和输出电路中，除上述较低的谐波成份外，还有许多频率很高的谐波电流 ，它们将以各类方式把自己的能传布出往，形成对其他装备的干扰旌旗灯号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波份的主要手段。凭据使用位置的分歧，可分为:
(1) 输进滤波器 凡是又有两种:
a、 线路滤波器 主要由电感线圈组成。它经由过程增年夜线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。
b、 辐射滤波器 主要由高频电容器组成。它将吸收失落频率很高的、具有辐射能的谐波成份。
(2) 输出滤波器 也由电感线圈组成。它可以有用地削弱输出电流中的高次谐波成份。非但起到抗干扰的作用，且能削弱电念头中由高次谐波谐波电流引发的附加转矩。对于变频器输出真个抗干扰措施，必需注重以下方面:
a、 频器的输出端不允许接进电容器，以免在逆变管导通(关断)瞬间，发生峰值很年夜的充电(或放电)电流，损害逆变管；
b、 输出滤波器由LC电路组成时，滤波器内接进电容器的一侧，必需与电念头侧相接。
3、 屏障干扰源是抑制干扰的有用的方式。凡是变频器自己用铁壳屏障，不让其电磁干扰泄漏;输出线好用钢管屏障，出格是之外部旌旗灯号控制变频器时，要求旌旗灯号线尽短(通常是20m之内)，且旌旗灯号线采用双芯屏障，并与主电线路(AC380V)及控制线(AC220V)完全分手，决不能放于统一配管或线槽内，周围电子敏感装备线路也要求屏障。为使屏障有用，屏障罩必需靠得住接地。
4、准确的接地既可以使系统有用地抑制外来干扰，又能下降装备自己对外界的干扰。在现实运用系统中，由于系统电源零线(中线)、地线(庇护接地、系统接地)不分、控制系统屏障地(控制旌旗灯号屏障地和主电路导线屏障地)的紊乱毗连，年夜年夜下降了系统的稳定性和靠得住性。
对于变频器，主回路端子PE(E、G)的准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，是以在现实运用中一定要很是重视。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之内。建议变频器的接地与其它动力装备接地址分隔，不能共地。
5、采用电抗器
在变频器的输进电流中频率较低的谐波份(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，它们除可能干扰其他装备的正常运行之外，还由于它们消耗了年夜的无功功率，使线路的功率因数年夜为下降。在输进电路内串进电抗器是抑制较低谐波电流的有用方式。凭据接线位置的分歧，主要有以下两种:
(1) 电抗器 串联在电源与变频器的输进侧之间。其主要功能有:
a、 经由过程抑制谐波电流，将功率因数提高至(0.75-0.85)；
b、 削弱输进电路中的浪涌电流对变频器的冲击；
c、 削弱电源电压不服衡的影响。
(2)直流电抗器 串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比力单一，就是削弱输进电流中的高次谐波成份。但在提高功率因数方面比交流电抗器有用，可达0.95，并具有结构简单、体积小等点。
6、理布线
对于经由过程感应方式传布的干扰旌旗灯号，可以经由过程合理布线的方式来削弱。具体方式有:
(1)装备的电源线和旌旗灯号线应远离变频器的输进、输出线；
(2) 其他装备的电源线和旌旗灯号线应避免和变频器的输进、输出线平行；
4、结论
经由过程对变频器运用进程中干扰的来历和传布途径的分析，提出领会决这些问题的现实对策，随着新技术和新理论不竭在变频器上的运用，重视变频器的EMC要求，已成为变频调速传动系统设计、运用必需面临的问题，也是变频器运用和推行的关头。变频器存在的这些问题有看经由过程变频器自己的功能和抵偿来解决。工现场和社会情况对变频器的要求不竭提高，知足现实需要的真正“绿色”变频器也会不久面世。我们相信变频器的EMC问题一定会获得有用解决。
参考资料:
(1)变频器运用手册 吴忠智 吴加林编著 机械工出书社
(2)变频器调速运用实践 张燕宾 著 机械工出书社
(3)电磁兼容性原理与设计 王定华 著 电子科技年夜学出书社
|