西門子變頻器干擾問題及解決方案

劉廣

山東威海中玻科技有限公司 山東威海 264200

近年來在工業(yè)控制系統(tǒng)中，隨著變頻器等電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，不僅使生產(chǎn)運(yùn)行更加順暢，在節(jié)能降耗方面也起到重要作用。隨之而來的問題是系統(tǒng)的電磁干擾（EMI）也日益嚴(yán)重，相應(yīng)的抗干擾技術(shù)即電磁兼容性（EMC）也變得越來越重要了。變頻器的干擾問題使電機(jī)在網(wǎng)絡(luò)條件下的運(yùn)行穩(wěn)定性降低，它有時能直接造成系統(tǒng)的硬件損壞，有時影響微處理器的系統(tǒng)程序運(yùn)行失控，導(dǎo)致控制失靈，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行和生產(chǎn)情況。因此，提高系統(tǒng)的抗干擾能力的可靠性是自動化裝置應(yīng)用中不可忽視的重要內(nèi)容。

1 變頻器產(chǎn)生干擾的原因

1.1 外部對變頻器產(chǎn)生干擾

變頻器在使用過程中受到了種種干擾，影響的因素有很多，可能有外部的因素的影響，也可能有內(nèi)部因素的影響。外部因素的影響尤其值得我們?nèi)ニ伎己陀懻摗Ｋ^外部因素的干擾，可能包括來自于外部電網(wǎng)的干擾，變頻器之所以能進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，主要靠的就是電網(wǎng)的供電，但是電網(wǎng)中的大量諧波源卻很可能給變頻器帶來干擾，電網(wǎng)中有著許多的諧波源，這些諧波源被應(yīng)用在各個設(shè)備中，如交流電直流電互換設(shè)備等，供電電源就會對變頻器產(chǎn)生干擾，供電電源的干擾如果不加以限制，那么對變頻器造成威脅，如果供電電源內(nèi)部電壓過大或者不夠，會產(chǎn)生瞬間掉電的現(xiàn)象，再者，電網(wǎng)中存在射頻干擾現(xiàn)象，若不加以及時處理，那么供電電源內(nèi)的電流會波形畸變的，對同一電網(wǎng)下的電氣設(shè)施造成干擾。同樣的，外部還有一個重要因素，那就是電力補(bǔ)償電容，為了滿足眾多用戶的需求，電力公司只能采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆绞剑墒牵@種辦法有利的同時也有弊，在電容在進(jìn)行補(bǔ)償時，諧波電流會急劇升高，瞬間達(dá)到最大值，使供電電源的電壓電流波形畸變，引起變頻器的過電流導(dǎo)致絕緣損壞，甚至電子原件被擊穿，這也是值得我們注意的外部因素。

1.2 內(nèi)部對變頻器產(chǎn)生干擾

相比較外部因素對變頻器帶來的干擾，內(nèi)部因素對變頻器的干擾強(qiáng)度也同樣很大。變頻器工作的重要工具就是逆變器，逆變器逆變過程中產(chǎn)生高次諧波，這些諧波對其他電氣設(shè)備來說都是電磁干擾源。在變頻器工作時，變頻器輸入輸出電流中有著很大的諧波源，諧波源分有等級，電流中存在的諧波源既有高級的，也有低級的，但是，這些諧波源都會形成對變頻器本身和其他設(shè)備的干擾信號。這些諧波源以各種途徑將能量傳播，這些能量成為了變頻器的干擾。輸出輸入的交流電也是隱患，因?yàn)樽冾l器自身的電動機(jī)性質(zhì)是定子繞組性的，高次諧波會引起電動機(jī)定子損耗、轉(zhuǎn)子損耗、鐵損及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子損耗。所以應(yīng)該對輸出和輸入變頻器的電流的波形進(jìn)行控制。

2 解決方案

2.1 使用隔離變壓器

變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立，通常是在電源和放大器電路之間的電源線上采用隔離變壓器，由于隔離變壓器原邊和副邊之間只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系，這樣就從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，避免傳導(dǎo)干擾，電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。

2.2 屏蔽干擾源，這是抑制干擾的最有效的方法

通過變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄露，輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般為20m以內(nèi)），且信號線采用雙芯屏蔽，動力電纜與控制電纜分開敷設(shè)，如果使用統(tǒng)一線槽，動力電纜與控制電纜需采用帶有隔板的線槽，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

2.3 進(jìn)行接地

進(jìn)行接地是減少變頻器干擾的重要解決掉方法，所謂接地，就是將變頻器中主要電源線與屏蔽地相連，減少電磁輻射等對變頻器的影響。如果能正確的進(jìn)行變頻器接地措施，所有電纜的屏蔽層與電抗器、濾波器、變頻器和電機(jī)的保護(hù)地共同接地，不僅可以減少電磁波等對變頻器的影響，還可以減少變頻器對其他協(xié)同設(shè)備的影響，所以，進(jìn)行接地可以一舉兩得。在接地過程中要格外注意用來接地的電源線，電源線的橫截面積不能過小，一般不小于4平方毫米，長度也要控制在20米以內(nèi)。在接地時，要盡量使變頻器與協(xié)同設(shè)備距離近些。

2.4 安裝濾波器

在變頻器的輸人及輸出側(cè)加濾波器，可以濾去高次諧波。除傳統(tǒng)的無源濾波器（LC濾波器）目前還在應(yīng)用外，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器。它串聯(lián)或是并聯(lián)于主電路中，實(shí)時從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等，方向相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償不受電網(wǎng)阻抗的影響，因此受到廣泛重視。

3 結(jié)語

隨著變頻器在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，極大的提高了工業(yè)自動化水平，包鋼燃?xì)鈴S也大范圍使用變頻設(shè)備用于生產(chǎn)。但是現(xiàn)場的供電和用電設(shè)備會對變頻器產(chǎn)生影響，變頻器運(yùn)行時產(chǎn)生的高次諧波也會干擾周圍設(shè)備的運(yùn)行。在變頻器強(qiáng)大的優(yōu)勢光環(huán)下，新的問題又進(jìn)一步的困擾著我們。經(jīng)過不斷的研究和實(shí)踐，包鋼燃?xì)鈴S對變頻運(yùn)行中的干擾問題有了一些解決辦法并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中去，大大改善了變頻器運(yùn)行狀態(tài)，但是目前還是無法根除。希望隨著科技的發(fā)展，這個問題能被真正的解決。