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变频器干扰产生的原因及防范措施

变频器干扰产生的原因及防范措施

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 变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果成为最流行的交流调速方式。变频器系统的软启动,可以减少设备和电机的机械冲击,延长设备和电机的使用寿命。变频器以其节电、节能、可靠、高效的特性广泛应用于造纸、印刷、空调、电梯、机床等电动设备上,保证了调节精度,减轻了劳动强度,提高了经济效益,但随之也带来了一些干扰问题。严重的干扰可能导致其控制电路损坏、微处理器的失控等故障,从而造成设备和生产事故。因此,在变频系统的设计和安装过程中,提高系统的抗干扰能力,是变频控制系统能否稳定可靠运行的关键。工程技术人员应该熟悉变频器干扰的种类、原因及应对措施,才能保证设备的正常运转。

  2变频器干扰形成的原因变频调速是电气工程中发展最快的一种电动机调速方式,其转速方程式为n=60/(1-s)办其中:/为电源频率;为电机极对数;s为电机转差率;n为电机转速,只要改变/就可实现n的变化而达到无级调速的目的。变频器正是这种调速方式的执行者,在变频器的应用现场,它会对其他设教授。

  备和控制电路中的检测元件和控制器件产生干扰。因为变频器的输入部分为整流电路,输出部分为逆变电路,它们都是由起开关作用的非线性元件组成的。而在开、停的过程中,都要产生高次谐波,从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。另外,当变频器的供电系统附近存在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等,变频器本身容易因为干扰而出现保护。

  21干扰的基本类型干扰的基本类型主要有两类:变频器产生的干扰;电网对变频器的干扰。

  变频器由主回路和控制回路组成,变频器的整流桥对电网来说是非线性负载(进行开关动作),它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰,而其控制回路却是小能量、弱信号回路,极易遭受其它装置产生的干扰,造成变频器自身和周边设备无法正常工作。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术,当工作于开关模式且作高速切换时,产生大量耦合性噪声,它们将以各种方式把自己的能量传播出去,形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。

  电网中的干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源,如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后,若不加以处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电;浪涌、跌落;尖峰电压脉冲;射频干扰。其次,共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

  当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时,由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通,容易使网络电压出现凹口,波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害,导致输入回路击穿而损坏。

  22干扰的传播途径变频系统的干扰传播途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分电磁辐射、传导、感应耦合。变频器能产生功率较大的谐波,对系统其他设备干扰性较强,同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。

  对周围的电子、电气设备产生电磁辐射,变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内,它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术,当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时,其输出的电压和电流的功率谱是离散的,并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换所引起的辐射干扰问题相当突出。同样,变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

  电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射,也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路,对直接驱动的电动机产生电磁噪声,使得电动机铁耗和铜耗加,并传导干扰到电源,通过配电网络传导给系统其他设备。与辐射干扰相比,其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是:通过电源网络传播,接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络,并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络,使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

  变频器对相邻的其他线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流,感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。感应的方式又分为电流干扰信号的电磁感应方式和电压干扰信号的静电感应方式。

  当干扰源的频率较低时,干扰的电磁波辐射能力相当有限,而该干扰源又不直接与其它导体连接。但是,当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时,变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去,即电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合,在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现,也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现,这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

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