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變頻器產(chǎn)生的干擾及解決方案
點擊次數(shù):1347 更新時間:2014-06-29

采用變頻器驅(qū)動的電動機系統(tǒng)因其節(jié)能效果明顯、調(diào)節(jié)方便、維護簡單、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點而被越來越多的應(yīng)用。但是,由于變頻器特殊的工作方式帶來的干擾越來越不容忽視。變頻器干擾主要有:一是變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件,其產(chǎn)生的諧波對電網(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;二是變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等開關(guān)器件,在輸出能量的同時將在輸出線上產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾,影響周邊電器的正常工作。

2諧波和電磁輻射對電網(wǎng)及其它系統(tǒng)的危害

?。?)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)備的正常運行,比如諧波會使變壓器產(chǎn)生機械振動,使其局部過熱,絕緣老化,壽命縮短,以至于損壞;還有傳導(dǎo)來的諧波會干擾電器設(shè)備內(nèi)部軟件或硬件的正常運轉(zhuǎn)。

 ?。?)諧波會引起電網(wǎng)中局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振,從而使諧波放大。

 ?。?)諧波或電磁輻射干擾會導(dǎo)致繼電器保護裝置的誤動作,使電氣儀表計量不準(zhǔn)確,甚至無法正常工作。

  (5)電磁輻射干擾使經(jīng)過變頻器輸出導(dǎo)線附近的控制信號、檢測信號等弱電信號受到干擾,嚴(yán)重時使系統(tǒng)無法得到正確的檢測信號,或使控制系統(tǒng)紊亂。

  一般來講,變頻器對電網(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)用戶重視的原因。但對系統(tǒng)容量小的系統(tǒng),諧波產(chǎn)生的干擾就不能忽視。

3有關(guān)諧波的及國家標(biāo)準(zhǔn)

  現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有:標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-2-2,IEC61000-2-4,歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN61000-3-2,EN61000-3-12,電工學(xué)會的建議標(biāo)準(zhǔn)IEEE519-1992,中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量共用電網(wǎng)諧波》。下面分別做簡要介紹:

 ?。?)標(biāo)準(zhǔn)

  IEC61000-2-2標(biāo)準(zhǔn)適用于公用電網(wǎng),IEC61000-2-4標(biāo)準(zhǔn)適用于廠級電網(wǎng),這兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不給電網(wǎng)造成損害所允許的諧波程度,它們規(guī)定了zui大允許的電壓畸變率THDv.

  IEC61000-2-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電網(wǎng)公共接入點處的各次諧波電壓含有的THDv約為8%.

  IEC61000-2-4標(biāo)準(zhǔn)分三級。*類對諧波敏感場合(如計算機、實驗室等)THDv為5%;第二類針對電網(wǎng)公共接入點和一部分廠內(nèi)接入點THDv為8%;第三類主要針對廠內(nèi)接入點THDv為10%.

  以上兩個標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了電器設(shè)備所允許產(chǎn)生諧波電流的幅值,前者主要針對16A以下,后者主要針對16A到64A.

  IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)是個建議標(biāo)準(zhǔn),目標(biāo)是將單次THDv限制在3%以下,總THDv限制在5%以下。

 ?。?)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

  GB/T14549-93中規(guī)定,公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值為380V(220V)電網(wǎng)電壓總THDv為5%,各次諧波電壓含有率奇次為4%,偶次為2%.

  由以上標(biāo)準(zhǔn)看來,一般單次電壓畸變率在3~6%,總電壓畸變率在5~8%的范圍內(nèi)是可以接受的。

4減少變頻器諧波對其它設(shè)備影響的方法

 ?。?)增加交流/直流電抗器

  采用交流/直流電抗器后,進線電流的THDv大約降低30%~50%,是不加電抗器諧波電流的一半左右。

 ?。?)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%,滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的要求。缺點是需要變壓器和整流器,不利于設(shè)備改造,價格較高。

  (3)無源濾波器

  采用無源濾波器后,滿載時進線中的THDv可降至5%~10%,滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求,技術(shù)成熟,價格適中。適用于所有負(fù)載下的THDv<30%的情況。缺點是輕載時功率因數(shù)會降低。

 ?。?)輸出電抗器

  也可以采用在變頻器到電動機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程中,線路產(chǎn)生的電磁輻射。該電抗器必須安裝在距離變頻器zui近的地方,盡量縮短與變頻器的引線距離。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動機的連線時,可不使用這方法,但要做到電纜的鎧在變頻器和電動機端可靠接地,而且接地的鎧要原樣不動接地,不能扭成繩或辨,不能用其它導(dǎo)線延長,變頻器側(cè)要接在變頻器的地線端子上,再將變頻器接地。

 

5減少或削弱變頻器諧波及電磁輻射對設(shè)備干擾的方法

  上面介紹的方法是減少變頻器工作時對外設(shè)備的影響,但并不是消除了變頻器的對外干擾,如果想進一步提高其它設(shè)備對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)對來自于電源的傳導(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

  目前市場中有很多專門用于抗傳導(dǎo)干擾的濾波器模塊或組件,這些濾波器具有較強的抗干擾能力,同時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,對各類用電設(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)選用具有開關(guān)電源的儀表等低壓設(shè)備

  一般開關(guān)電源的抗電源傳導(dǎo)干擾的能力都比較強,因為在開關(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候,盡量采用具有開關(guān)電源類型的。

  4)作好信號線的抗干擾

  信號線承擔(dān)著檢測信號和控制信號的傳輸任務(wù),毋庸置疑,信號傳輸?shù)馁|(zhì)量直接影響到整個控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性,因此做好信號線的抗干擾是十分必要的。

  對于信號線上的干擾主要是來自空間的電磁輻射,有常態(tài)干擾和共模干擾兩種。

 ?。?)常態(tài)干擾的抑制

  常態(tài)干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號,這種干擾大多是頻率較高的交變信號,其來源一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有:

  a 在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器。

  b 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,具有一定的消除高頻干擾的作用。

  c 將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號再傳輸?shù)姆绞?,對于常態(tài)的干擾有非常強的抑制作用。

 ?。?)共模干擾的抑制

  共模干擾是指信號線上共有的干擾信號,一般是由于被測信號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線上的周期、幅值基本相等,所以采用上面的方法無法消除或抑制。對共模干擾的抑制方法如下:

  a 采用雙差分輸入的差動放大器,這種放大器具有很高的共模抑制比。

  b 把輸入線絞合,絞合的雙絞線能降低共模干擾,由于改變了導(dǎo)線電磁感應(yīng)e的方向,從而使其感應(yīng)互相抵消。

  c 采用光電隔離的方法,可以消除共模干擾。

  d 使用屏蔽線時,屏蔽層只一端接地。因為若兩端接地,由于接地電位差在屏蔽層內(nèi)會流過電流而產(chǎn)生干擾,因此只要一端接地即可防止干擾。

  無論是為了抑制常態(tài)干擾還是抑制共模干擾,都還應(yīng)該做到以下幾點:

 ?。?)輸入線路要盡量短。

 ?。?)配線時避免和動力線接近,信號線與動力線分開配線,把信號線放在有屏蔽的金屬管內(nèi),或者動力線和信號線分開距離要在40cm以上。

  (3)為了避免信號失真,對于較長距離傳輸?shù)男盘栆⒁庾杩蛊ヅ洹?/font>

  5) 在使用以單片機、PLC、計算機等為核心的控制系統(tǒng)中,編制軟件的時候,可以適當(dāng)增加對檢測信號和輸出控制部分的軟件濾波,以增強系統(tǒng)自身的抗干擾能力。

 

  干擾的分布參數(shù)是很復(fù)雜的,因此在抗干擾時,應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)拇胧?,既要考慮效果,又要考慮價格因素,還要因現(xiàn)場情況而定。采用的措施只要能解決問題即可,往往過多的抗干擾措施有可能會產(chǎn)生額外的干擾,具體情況具體解決。

 

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