變頻器相信對(duì)于大多數(shù)的電力工作人員而言都不陌生，在工業(yè)生產(chǎn)和居民的生活中，因變頻器節(jié)能效果明顯，調(diào)節(jié)方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越廣泛的采用變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，但 是由于變頻器特殊的工作方式帶來(lái)的干擾越來(lái)越不容忽視。
一，變頻器干擾的來(lái)源。
變頻器干擾產(chǎn)生的原因主要有:
1，是變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線(xiàn)性整流器件, 其產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)將產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾, 引起電網(wǎng)電壓畸變 (電壓畸變率用 THDv 表示, 變頻器產(chǎn)生諧波引起的 THDv 在 10~40%左右),影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
2，是變頻器的輸出部分一般采用的是 IGBT 等開(kāi)關(guān)器件,在輸出能量的同時(shí)將在輸出線(xiàn)上產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾,影響周邊電器的正常工作。
二、諧波和電磁輻射對(duì)電網(wǎng)及其它系統(tǒng)的危害:
1.諧波使電網(wǎng)中的電器元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗,降低了輸變電及用電設(shè)備的效率。
2. 諧波可以通過(guò)電網(wǎng)傳導(dǎo)到其它的用電器, 影響了許多電氣設(shè)備的正常運(yùn)行, 比如諧波會(huì)使變壓器產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng), 使其局部過(guò)熱,絕緣老化,壽命縮短,以至于損壞;還有傳導(dǎo)來(lái)的諧波會(huì)干擾電器設(shè)備內(nèi)部軟件或硬件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振,從而使諧波放大。
4.諧波或電磁輻射干擾會(huì)導(dǎo)致繼電器保護(hù)裝置的誤動(dòng)作,使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確,甚至無(wú)法正常工作。
5.電磁輻射干擾使經(jīng)過(guò)變頻器輸出導(dǎo)線(xiàn)附近的控制信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)等弱電信號(hào)受到干擾,嚴(yán)重時(shí)使系統(tǒng)無(wú)法得到 正確的檢測(cè)信號(hào),或使控制系統(tǒng)紊亂。
一般來(lái)講,變頻器對(duì)電網(wǎng)容量大的系統(tǒng)影響不十分明顯,這也就是諧波不被大多數(shù)用戶(hù)重視的原因。但對(duì)系統(tǒng)容 量小的系統(tǒng),諧波產(chǎn)生的干擾就不能忽視。
三，減少變頻器諧波對(duì)其它設(shè)備影響的方法：
1.增加交流 /直流電抗器。
采用交流 /直流電抗器后,進(jìn)線(xiàn)電流的 THDv 大約降低 30%~50%,是不加電抗器諧波電流的一半左右 。
2.多相脈沖整流。
在條件具備, 或者要求產(chǎn)生的諧波限制在比較小的情況下, 可以采用多相整流的方法。 12相脈沖整流 THDv 大約為 10%~15%, 18相脈沖整流的 THDv 約為 3%~8%,滿(mǎn)足 EN61000-3-12和 IEEE519-1992嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的要求。缺點(diǎn)是需要專(zhuān)用 變壓器和整流器,不利于設(shè)備改造,價(jià)格較高。
3.無(wú)源濾波器。
采用無(wú)源濾波器后, 滿(mǎn)載時(shí)進(jìn)線(xiàn)中的 THDv 可降至 5%~10%, 技術(shù)成熟, 價(jià)格適中。適用于所有負(fù)載下的 THDv<>
4.輸出電抗器。
也可以采用在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器的方法,主要目的：是減少變頻器的輸出,在能量傳輸過(guò)程中, 線(xiàn)路產(chǎn)生的電磁輻射。該電抗器必須安裝在距離變頻器最近的地方,盡量縮短與變頻器的引線(xiàn)距離。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動(dòng)機(jī)的連線(xiàn)時(shí),可不使用這方法,但要做到電纜的鎧在變頻器和電動(dòng)機(jī)端可靠接地,而且接地的鎧要原樣不動(dòng)接地,不能扭成繩或辨,不能用其它導(dǎo)線(xiàn)延長(zhǎng),變頻器側(cè)要接在變頻器的地線(xiàn)端子上,再將變頻器接地 。
四、減少或削弱變頻器諧波及電磁輻射對(duì)設(shè)備干擾的方法。
上面介紹的方法是減少變頻器工作時(shí)對(duì)外設(shè)備的影響,但并不是消除了變頻器的對(duì)外干擾,如果想進(jìn)一步提高其它設(shè)備對(duì)變頻器諧波和電磁輻射的免疫能力,尤其是在變頻器(品牌不同,產(chǎn)生的干擾程度可能不一樣)干擾較嚴(yán)重 的場(chǎng)合中常用的方法通常有以下幾種:
1. 使用隔離變壓器。
使用隔離變壓器主要是應(yīng)對(duì)來(lái)自于電源的傳導(dǎo)干擾。使用具有隔離層的隔離變壓器,可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾 阻隔在隔離變壓器之前。同時(shí)還可以兼有電源電壓變換的作用。隔離變壓器常用于控制系統(tǒng)中的儀表，PLC ,以及其它低壓小功率用電設(shè)備的抗傳導(dǎo)干擾。
2.使用濾波模塊或組件。
目前市場(chǎng)中有很多專(zhuān)門(mén)用于抗傳導(dǎo)干擾的濾波器模塊或組件,這些濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力,同時(shí)還具有防止用電器本身的干擾傳導(dǎo)給電源,有些還兼有尖峰電壓吸收功能,對(duì)各類(lèi)用電設(shè)備有很多好處。
常用的為雙孔磁芯濾波器的結(jié)構(gòu)。還有單孔磁芯的濾波器,其濾波能力較雙孔的弱些,但成本較低。
3.選用具有開(kāi)關(guān)電源的儀表等低壓設(shè)備。
一般開(kāi)關(guān)電源的抗電源傳導(dǎo)干擾的能力都比較強(qiáng),因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部也都采用了有關(guān)的濾波器。因此在選用 控制系統(tǒng)的電源設(shè)備,或者選用控制用電器的時(shí)候,盡量采用具有開(kāi)關(guān)電源類(lèi)型的。
4. 作好信號(hào)線(xiàn)的抗干擾。
信號(hào)線(xiàn)承擔(dān)了檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)的傳輸任務(wù),毋庸置疑,信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、 穩(wěn)定性和可靠性,因此做好信號(hào)線(xiàn)的抗干擾是十分必要的。
對(duì)于信號(hào)線(xiàn)上的干擾主要是來(lái)自空間的電磁輻射,有常態(tài)干擾和共模干擾兩種。
常態(tài)干擾的抑制：常態(tài)干擾是指疊加在測(cè)量信號(hào)線(xiàn)上的干擾信號(hào),這種干擾大多是頻率較高的交變信號(hào),其來(lái)源一 般是耦合干擾。
抑制常態(tài)干擾的方法有:
(1)在輸入回路接 RC 濾波器或雙 T 濾波器。
(2)盡量采用雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器,由于這種積分器工作的特點(diǎn),具有一定的消除高頻干擾的作用。
(3)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)再傳輸?shù)姆绞?對(duì)于常態(tài)的干擾有非常強(qiáng)的抑制作用。
共模干擾的抑制：共模干擾是指信號(hào)線(xiàn)上共有的干擾信號(hào), 一般是由于被測(cè)信號(hào)的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在 一定的電位差所制,這種干擾在兩條信號(hào)線(xiàn)上的周期、幅值基本相等,所以采用上面的方法無(wú)法消除或抑制。
對(duì)共模干擾的抑制方法如下:
（1）采用雙差分輸入的差動(dòng)放大器,這種放大器具有很高的共模抑制比。
（2）把輸入線(xiàn)姣合，姣合的雙絞線(xiàn)能降低低共模干擾,由于改變了導(dǎo)線(xiàn)電磁感應(yīng) e 的方向,從而使其感應(yīng)互相抵消。
（3）采用光電隔離的方法,可以消除共模干擾。
（4）使用屏蔽線(xiàn)時(shí),屏蔽層只有一端接地。因?yàn)槿魞啥私拥?由于接地電位差在屏蔽層內(nèi)會(huì)流過(guò)電流而產(chǎn)生干擾, 因此只要一端接地即可防止干擾。
無(wú)論是為了抑制常態(tài)干擾還是抑制共模干擾,都還應(yīng)該做到以下幾點(diǎn):
(1)輸入線(xiàn)路要盡量短。
(2)配線(xiàn)時(shí)避免和動(dòng)力線(xiàn)接近,信號(hào)線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)分開(kāi)配線(xiàn),把信號(hào)線(xiàn)放在有屏蔽的金屬管內(nèi),或者動(dòng)力線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn) 分開(kāi)距離要在 40cm 以上。
(3)為了避免信號(hào)失真,對(duì)于較長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)要注意阻抗匹配。
5.在使用以單片機(jī)、 PLC 、計(jì)算機(jī)等為核心的控制系統(tǒng)中,編制軟件的時(shí)候,可以適當(dāng)增加對(duì)檢測(cè)信號(hào)和輸出控 制部分的軟件濾波,以增強(qiáng)系統(tǒng)自身的抗干擾能力。
五、變頻器抗干擾總結(jié)：
干擾的分布參數(shù)是很復(fù)雜的,因此在抗干擾時(shí),應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)拇胧?既要考慮效果,又要考慮價(jià)格因素,還要因現(xiàn)場(chǎng)情況而定。采用的措施只要能解決問(wèn)題即可,往往過(guò)多的抗干擾措施有可能會(huì)產(chǎn)生額外的干擾,具體情況具體解決。說(shuō)的不恰當(dāng)?shù)牡胤竭€請(qǐng)多指點(diǎn)，感謝！一起交流學(xué)習(xí)電氣電工知識(shí)！
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