變頻器應(yīng)用中的干擾方式及措施

摘要：

文中主要分析了變頻器干擾的形成、來(lái)源、途徑，以及防止干擾的處理方法及其在實(shí)際應(yīng)用中幾種有效的抗干擾措施。

引言

因變頻器具有節(jié)能、改善環(huán)境、提高效益等優(yōu)點(diǎn)，目前我油田生產(chǎn)單位已廣泛使用變頻器，但使用變頻器易使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變、對(duì)其它用電設(shè)備產(chǎn)生干擾，變頻器系統(tǒng)的干擾有時(shí)能直接造成系統(tǒng)的硬件損壞，有時(shí)雖不能損壞系統(tǒng)的硬件，但常使微處理器的系統(tǒng)程序運(yùn)行失控，導(dǎo)致控制失靈，從而造成設(shè)備和生產(chǎn)事故。因此，如何提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性是自動(dòng)化裝置研制和使用中不可忽視的重要內(nèi)容。

1.變頻器干擾的來(lái)源

首先是來(lái)自外部電網(wǎng)的干擾在交流電網(wǎng)中由于許多非線性負(fù)載的電氣設(shè)備投入運(yùn)行，其電壓、電流波形實(shí)際上已經(jīng)是在不同程度有所畸變的非正旋波，變頻器的供電電源受到來(lái)自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過(guò)電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。

1.1晶閘管換流設(shè)備對(duì)變頻器的干擾

當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有容量較大的晶閘管換流設(shè)備時(shí)，由于晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴(yán)重失真。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害，從而導(dǎo)致輸入回路擊穿而燒毀。

1.2電力補(bǔ)償電容對(duì)變頻器的干擾

電力部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)提高功率因數(shù)。在補(bǔ)償電容投入或切出的暫態(tài)過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，其結(jié)果是可能使變頻器的整流二極管因承受過(guò)高的反向電壓而擊穿。

1.3其次是變頻器自身對(duì)外部的干擾。變頻器的整流橋和晶閘管的逆變電路對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波對(duì)同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。

1.3.1輸入電流的波形變頻器的輸入側(cè)是二極管整流和電容濾波電路。顯然只有電源的線電壓UL大于電容器兩端的直流電壓UD時(shí)，整流橋中才有充電電流。因此，充電電流總是出現(xiàn)在電源電壓的振幅值附近，呈不連續(xù)的沖擊波形式，具有很強(qiáng)的高次諧波成分。

1.3.2輸出電壓與電流的波形絕大多數(shù)變頻器的逆變橋都采用SPWM調(diào)制方式，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形式形波。

2.干擾信號(hào)的傳播方式

變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對(duì)系統(tǒng)其它設(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，主要分傳導(dǎo)（即電路耦合）、電磁輻射、感應(yīng)耦合。

2.1電路耦合方式即通過(guò)電源網(wǎng)絡(luò)傳播。由于輸入電流為非正弦波，當(dāng)變頻器的容量較大時(shí)，將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變，影響其他設(shè)備工工作，同時(shí)輸出端產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)銅損、鐵損大幅增加，影響了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。顯然，這是變頻器輸入電流干擾信號(hào)的主要傳播方式。

2.2感應(yīng)耦合方式當(dāng)變頻器的輸入電路或輸出電路與其他設(shè)備的電路挨得很近時(shí)，變頻器的高次諧波信號(hào)將通過(guò)感應(yīng)的方式耦合到其他設(shè)備中去。

2.3空中幅射方式 即以電磁波方式向空中幅射，這是頻率很高的諧波分量的主要傳播方式

3.變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾處理

為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。硬件抗干擾是應(yīng)用措施系統(tǒng)最基本和最重要的抗干擾措施，具體措施可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

3.1所謂干擾的隔離，在變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，通常是電源和放大器電路之間電源線上采用隔離變壓器以免傳導(dǎo)干擾，隔離變壓器一般采用DYn的接線組別的三相變壓器，負(fù)荷側(cè)的諧波電流在變壓器的“角行”繞組中循環(huán)，不至流入電網(wǎng)。

3.2在系統(tǒng)線路中設(shè)置濾波器的作用是為了抑制干擾信號(hào)從變頻器通過(guò)電源線傳導(dǎo)干擾到電源從電動(dòng)機(jī)，在變頻器輸人輸出側(cè)可設(shè)置濾波器。除了上述較低的諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波電流，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對(duì)其他設(shè)備的干擾信號(hào)。根據(jù)使用位置的不同，可分為：輸入濾波器、輸出濾波器

3.2.1變頻器的輸出端不允許接入電容器，以免在逆變管導(dǎo)通（關(guān)斷）瞬間，產(chǎn)生峰值很大的充電（或放電）電流，損害逆變管，

3.2.2輸出濾波器由LC電路構(gòu)成時(shí)，濾波器內(nèi)接入電容器的一側(cè)，必須與電動(dòng)機(jī)側(cè)相接。

3.3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：輸出線用鋼管屏蔽，信號(hào)線盡可能短（一般為20m以內(nèi)），且信號(hào)線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（AC380V）及控制線（AC220V）完全分離，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽，屏蔽罩必須可靠接地。

3.4屏蔽接地電氣裝置為了防止其內(nèi)、外部的電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)的干擾而對(duì)屏蔽體進(jìn)行接地。按照功能劃分，一般有以下幾種：

3.4.1靜電屏蔽的接地目的是為了把金屬屏蔽體上的感應(yīng)靜電干擾信號(hào)直接導(dǎo)入地中，同時(shí)減少分布電容的寄生耦合，保證人身安全，簡(jiǎn)單可靠，費(fèi)用低。

3.4.2電磁屏蔽的接地目的是為了減少電磁干擾和靜電耦合。

3.4.3，磁屏蔽的接地目的是為了防止形成環(huán)路產(chǎn)生環(huán)流而發(fā)生電磁干擾。

3.5加裝電抗器

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所占的比重是很高的，它們消耗了大量的無(wú)功功率，使線路的功率因數(shù)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：

3.5.1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(guò)抑制諧波電流，將功率因數(shù)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。

3.5.2直流電抗器 串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數(shù)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)。

3.6合理布線：通過(guò)對(duì)電氣線路的合理布置，能有效削減通過(guò)感應(yīng)方式傳播的干擾信號(hào)。

4.結(jié)論

通過(guò)對(duì)變頻器應(yīng)用過(guò)程中干擾的來(lái)源和傳播途徑的分析，提出了在生產(chǎn)運(yùn)行中如何提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性作了簡(jiǎn)單探討和處理辦法，隨著新技術(shù)和新理論不斷在變頻器上的應(yīng)用，變頻器存在的這些問(wèn)題有望通過(guò)變頻器本身的功能和補(bǔ)償來(lái)解決。