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變頻器應用中的干擾及其抑制

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標簽:建筑電氣工程技術,建筑電氣與智能化, 變頻器應用中的干擾及其抑制,http://www.nvlbio.live

  摘要:變頻器在工業生產中的應用越來越廣泛,其干擾問題日益引起人們的重視。本文主要介紹了變頻器應用系統中干擾產生的來源及其傳播途徑,提出了抗干擾的實際解決方法,闡述了在變頻器應用系統設計和安裝中抑制干擾的具體措施。

  關鍵詞:變頻器 干擾 抑制

  Abstract:The application of the inverters in the industrial production is becoming more and more universal,and its interface is being paid much attention.The source and spreading route in the application system of the inverter are introduced in this paper,some practical resolvents are put forward,and the concrete measures in the system design and installment are expounded.

  Key words:Inverter Interface Restrain

  1、引言

  變頻器調速技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術于一體的高科技技術。它以很好的調速、節能性能,在各行各業中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟啟動,可以減少設備和電機的機械沖擊,延長設備和電機的使用壽命。隨著科學技術的高速發展,變頻器以其具有節電、節能、可靠、高效的特性應用到了工業控制的各個領域中,如變頻調速在供水、空調設備、過程控制、電梯、機床等方面的應用,保證了調節精度,減輕了工人的勞動強度,提高了經濟效益,但隨之也帶來了一些干擾問題,F場的供電和用電設備會對變頻器產生影響,變頻器運行時產生的高次諧波也會干擾周圍設備的運行。變頻器產生的干擾主要有三種:對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無線電等產生的干擾。對計算機和自動控制裝置等電子設備產生的干擾主要是感應干擾;對通信設備和無線電等產生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好,不但系統無法可靠運行,還會影響其他電子、電氣設備的正常工作。因此有必要對變頻器應用系統中的干擾問題進行探討,以促進其進一步的推廣應用。下面主要討論變頻器的干擾及其抑制方法。

  2、變頻調速系統的主要電磁干擾源及途徑

  2.1 主要電磁干擾源電磁干擾也稱電磁騷擾(EMI),是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾,通常是通過電路傳導和以場的形式傳播的。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載,它所產生的諧波會對同一電網的其他電子、電氣設備產生諧波干擾。另外,變頻器的逆變器大多采用PWM技術,當其工作于開關模式并作高速切換時,產生大量耦合性噪聲。因此,變頻器對系統內其他的電子、電氣設備來說是一個電磁干擾源。另一方面,電網中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網中存在大量諧波源,如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備、非線性負載及照明設備等。這些負荷都使電網中的電壓、電流產生波形畸變,從而對電網中其他設備產生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網的干擾后,若不加以處理,電網噪聲就會通過電網電源電路干擾變頻器。供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電;浪涌、跌落;尖峰電壓脈沖;射頻干擾。其次,共模干擾通過變頻器的控制信號線也會干擾變頻器的正常工作。

  2.2 電磁干擾的途徑變頻器能產生功率較大的諧波,對系統其他設備干擾性較強。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的,主要分電磁輻射、傳導、感應耦合。具體為:

 、賹χ車碾娮、電氣設備產生電磁輻射;

 、趯χ苯域寗拥碾妱訖C產生電磁噪聲,使得電動機鐵耗和銅耗增加,并傳導干擾到電源,通過配電網絡傳導給系統其他設備;

 、圩冾l器對相鄰的其他線路產生感應耦合,感應出干擾電壓或電流。同樣,系統內的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。下面分別加以分析。

 。1)電磁輻射變頻器如果不是處在一個全封閉的金屬外殼內,它就可以通過空間向外輻射電磁波。其輻射場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發射頻率。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載,它所產生的諧波對接入同一電網的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術,當根據給定頻率和幅值指令產生預期的和重復的開關模式時,其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的,并且帶有與開關頻率相應的高次諧波群。高載波頻率和場控開關器件的高速切換(dv/dt可達1kV/μs以上)所引起的輻射干擾問題相當突出。

  當變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞,則輻射強度與干擾信號的波長有關,當孔洞的大小與電磁波的波長接近時,會形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣,變頻器外部的輻射也會干擾變頻器的正常工作。

 。2)傳導上述的電磁干擾除了通過與其相連的導線向外部發射,也可以通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。與輻射干擾相比,其傳播的路程可以很遠。比較典型的傳播途徑是:接自工業低壓網絡的變頻器所產生的干擾信號將沿著配電變壓器進入中壓網絡,并沿著其它的配電變壓器最終又進入民用低壓配電網絡,使接自民用配電母線的電氣設備成為遠程的受害者。

 。3)感應耦合感應耦合是介于輻射與傳導之間的第三條傳播途徑。當干擾源的頻率較低時,干擾的電磁波輻射能力相當有限,而該干擾源又不直接與其它導體連接,但此時的電磁干擾能量可以通過變頻器的輸入、輸出導線與其相鄰的其他導線或導體產生感應耦合,在鄰近導線或導體內感應出干擾電流或電壓。感應耦合可以由導體間的電容耦合的形式出現,也可以由電感耦合的形式或電容、電感混合的形式出現,這與干擾源的頻率以及與相鄰導體的距離等因素有關。

  3、抗電磁干擾的措施據電磁性的基本原理,形成電磁干擾(EMI)須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統等三個要素。

  為防止干擾,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,一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾,其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的耦合通道、降低系統對干擾信號的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

 。1)隔離所謂干擾的隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來,使它們不發生電的聯系。在變頻調速傳動系統中,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以免傳導干擾,電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。

 。2)濾波設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導干擾到電源及電動機。為減少電磁噪聲和損耗,在變頻器輸出側可設置輸出濾波器。為減少對電源的干擾,可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設備,可在電源線上設置電源噪聲濾波器,以免傳導干擾。

 。3)屏蔽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),且信號線采用雙芯屏蔽,并與主電路及控制回路完全分離,不能放于同一配管或線槽內,周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效,屏蔽罩必須可靠接地。

 。4)接地實踐證明,接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制內部噪聲的耦合,防止外部干擾的侵入,提高系統的抗干擾能力。變頻器的接地方式有多點接地、一點接地及經母線接地等幾種形式,要根據具體情況采用,要注意不要因為接地不良而對設備產生干擾。

  單點接地指在一個電路或裝置中,只有一個物理點定義為接地點。在低頻下的性能好;多點接地是指裝置中的各個接地點都直接接到距它最近的接地點。在高頻下的性能好;混合接地是根據信號頻率和接地線長度,系統采用單點接地和多點接地共用的方式。變頻器本身有專用接地端子PE端,從安全和降低噪聲的需要出發,必須接地。既不能將地線接在電器設備的外殼上,也不能接在零線上?捎幂^粗的短線一端接到接地端子PE端,另一端與接地極相連,接地電阻取值<100Ω,接地線長度在20m以內,并注意合理選擇接地極的位置。當系統的抗干擾能力要求較高時,為減少對電源的干擾,在電源輸入端可加裝電源濾波器。為抑制變頻器輸入側的諧波電流,改善功率因數,可在變頻器輸入端加裝交流電抗器,選用與否可視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網允許的畸變程度而定,一般情況下采用為好。為改善變頻器輸出電流,減少電動機噪聲,可在變頻器輸出端加裝交流電抗器。圖1為一般變頻調速傳動系統抗干擾所采取措施。

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