在煙機(jī)除塵設(shè)備中如何解決變頻干擾問題的探究

張紅亮 ，陳 寧 ，魏海峰

（1.河北白沙煙草有限責(zé)任公司保定卷煙廠，設(shè)備科，保定071008）

（2.河北白沙煙草有限責(zé)任公司保定卷煙廠，設(shè)備科，保定071008）

（3.四川煙草工業(yè)有限責(zé)任公司什邡分廠，設(shè)備信息科，什邡618400）

對于煙草除塵器電控系統(tǒng)，大部分設(shè)計開發(fā)企業(yè)都應(yīng)用PLC控制與變頻拖動技術(shù)，變頻技術(shù)控制除塵風(fēng)機(jī)雖然有其高效、節(jié)能、控制簡單等特點，但變頻器日益成為工廠自動化領(lǐng)域最大的電磁污染源，變頻器直—交逆變器的非線性等效負(fù)荷使得變頻器在除塵系統(tǒng)集成工程中不僅污染工廠供電系統(tǒng)，還直接干擾除塵本身控制系統(tǒng)，引起測控系統(tǒng)失準(zhǔn)失靈，嚴(yán)重破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文主要探討在除塵變頻系統(tǒng)實際應(yīng)用中的干擾來源，干擾現(xiàn)象，然后針對這些干擾采取的措施。

1 變頻器干擾的成因

變頻器的干擾問題一般分為變頻器自身干擾；外界設(shè)備產(chǎn)生的電磁波對變頻器干擾；變頻器對其它弱電設(shè)備干擾三類情況.其中變頻器自身干擾是對整個系統(tǒng)干擾的主要原因。

1.1 變頻原理

變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅里葉級數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對負(fù)載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。變頻器基本電路圖如圖1所示。

1.2 變頻器的諧波干擾

在變頻器的輸入電流中，高次諧波分量(5、7、11次諧波等)所占的比重比較高。變頻器的主要干擾是由高次諧波產(chǎn)生，圖2為變頻器諧波示意圖。

圖1：變頻器基本電路

圖2：變頻器諧波示意圖

在電力系統(tǒng)中，電壓和電流波形理論上應(yīng)是工頻下的正弦波，但實際的波形總有不同的非正弦畸變。從數(shù)學(xué)的角度分析，任何周期波形都可以被展開為傅里葉級數(shù)。對于變頻器的5、7、11次諧波，按傅里葉級數(shù)分解，即：

可見變頻器對的電流與電壓中，除含有 基波外，還含有多階的高次諧波，高次諧波的流入就會給相關(guān)的電氣設(shè)備帶來干擾。

2 除塵設(shè)備干擾現(xiàn)象

2.1 除塵器的控制過程

在我們應(yīng)用的除塵設(shè)備中，一共有9臺除塵器，除塵器的除塵風(fēng)機(jī)為30—45KW不等，變頻器運行信號為4-20mA的電流信號，對應(yīng)頻率為1-50Hz，信號源長度最短20M,最長40M。控制過程示意圖如圖3所示。

圖3：除塵過程控制示意圖

2.2 除塵設(shè)備應(yīng)用中的干擾現(xiàn)象

在實際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)除塵器啟動運行時會有表2所示的故障現(xiàn)象。

表2：除塵器系統(tǒng)中出現(xiàn)的非正常現(xiàn)象

針對以上問題，我們查找過很多原因，初步判定為變頻干擾，最后經(jīng)過我們各級技術(shù)部門的反復(fù)研究、測試、分析，問題主要歸結(jié)為變頻器的高次諧波干擾上。為掌握高次諧波的干擾程度，我們選擇使用高頻示波器對其中的幾路進(jìn)行了現(xiàn)場測試，圖4為示波器檢測分析圖形。

3 解決除塵器變頻干擾的措施

為解決除塵設(shè)備中的上訴干擾問題，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，而有效解決或抑制變頻器產(chǎn)生的高次諧波干擾源，是最有效手段。解決這一問題，我們主要從兩方面如手。

圖4：其中一路的高次諧波波形

3.1 抑制變頻器的高次諧波干擾

3.1.1 輸入串入電抗器

前面提到，在變頻器的諧波分量(5、7、9、11次諧波等)所占的比重比較高，這些諧波除了可能干擾其它設(shè)備的正常運行外，還消耗大量的無功功率，使線路的功率因數(shù)降低。在輸入電路中串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據(jù)功能可用直流電抗器或交流電抗器。如圖5，圖中La為交流電抗器，Ld為直流電抗器。我們本次解決的辦法是串入與變頻器同品牌的交流電抗器,并且每臺變頻器前串入一個。

圖5：輸入電路串入電抗器

3.1.2 輸出端串入輸出濾波器

在變頻器的輸出側(cè)，除了上述的諧波分量以外，還有很多其他的高頻分量，這些分量會通過輸出導(dǎo)線干擾其他設(shè)備。因此在變頻器的輸出側(cè)和電動機(jī)之間串入由電感構(gòu)成的輸出濾波器，可以有效的削弱輸出電流中的高次諧波電流引起的干擾，改善了系統(tǒng)回路。如圖6，F(xiàn)0為輸出濾波器。我們本次解決的辦法是串入與變頻器同品牌的輸出濾波器,并且每臺變頻器風(fēng)機(jī)之間串一個。

圖6：輸出電路出入輸出濾波器

3.2 增加設(shè)備中抗干擾能力

3.2.1 使用屏蔽電纜及合理布線

為使變頻器產(chǎn)生的高次諧波能沿確定的方向回流到變頻器，防止其產(chǎn)生高頻分量的壓降，干擾其他設(shè)備，在變頻器與電機(jī)之間采用屏蔽電纜，合理走線與接地。屏蔽線兩端接變頻器與電機(jī)機(jī)殼，使屏蔽層形成一條有效回流通道。

3.2.2 做好信號隔離

信號隔離我們主要做好兩方面工作，一是將動力線與信號線分開，控制信號線也采用屏蔽線纜，并且采用鋼管鋪設(shè)；二是對于除塵設(shè)備中的弱電流信號，例如風(fēng)速流量計，采用獨立電源，獨立的信號屏蔽回路。

4 結(jié)束語

本文通過分析除塵設(shè)備變頻調(diào)速系統(tǒng)中存在的干擾源，分析了干擾的原因與現(xiàn)象，并通過上述方法有效的解決了實際問題。除塵設(shè)備能夠正常運轉(zhuǎn)，保障了車間的正常生產(chǎn)。隨著變頻器抗干擾技術(shù)的發(fā)展，我們相信干擾和抗干擾問題有望通過變頻器本身的功能和補(bǔ)償來解決。

[1]郭艷萍.變頻器應(yīng)用技術(shù)(M）.北京:北京師范大學(xué)出版社,20009

[2]林國榮.電磁干擾及控制(M）.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[3]王慶斌.電磁干擾與電磁兼容技術(shù)(M）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[4]SIEMENS編程手冊(S).上海，西門子（中國）有限公司，2001.