變頻器應(yīng)用中的干擾與抗干擾措施分析

馮昊

摘 要：變頻器在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，在提高工業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，越來(lái)越受到諸多干擾問(wèn)題的影響。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)變頻器在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的常見(jiàn)干擾源及抗干擾實(shí)際措施進(jìn)行闡述，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：變頻器 電磁干擾 抗干擾

中圖分類(lèi)號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（c）-0101-01

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷壯大，變頻器被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，其作為一種集自動(dòng)控制、微電子、通信等技術(shù)為一體的調(diào)速技術(shù)，具有較好的調(diào)速及節(jié)能性能，為工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。然而，由于變頻器本身存在的不足，難以避免電磁干擾的影響，容易導(dǎo)致硬件損壞，運(yùn)行失控現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成設(shè)備和生產(chǎn)事故。在變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的形勢(shì)下，如何通過(guò)采取有效措施提高變頻器系統(tǒng)的抗干擾能力是不可忽視的重要問(wèn)題。

1 典型援外供水工程中變頻器干擾及抗干擾案例

2003年10月到2006年7月期間，我國(guó)某大型工程建設(shè)集團(tuán)承建了我國(guó)援助某國(guó)的供水工程建設(shè)項(xiàng)目。此工程包含房建、排水、電力及自動(dòng)化等多項(xiàng)工程，其施工過(guò)程中均采用了先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。其中水源井潛水泵和泵站加壓泵都采用到法國(guó)耐得變頻器，與其他工程領(lǐng)域中變頻器的控制一樣，其變頻器在應(yīng)用過(guò)程中遇到了一些干擾問(wèn)題。

2 變頻器應(yīng)用中的干擾源

2.1 外部電網(wǎng)產(chǎn)生的干擾

外部電網(wǎng)對(duì)變頻器產(chǎn)生的干擾主要是指電網(wǎng)中的諧波干擾，其通過(guò)改變電網(wǎng)中的電壓與電流波形，而利用電網(wǎng)中的噪音進(jìn)一步干擾供電電源，造成對(duì)變頻器的干擾。具體而言，外部電網(wǎng)中存在大量的整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備及非線性負(fù)載設(shè)備等，都是產(chǎn)生諧波源的設(shè)備，這些設(shè)備在同時(shí)運(yùn)行的過(guò)程中，其負(fù)荷都會(huì)使電網(wǎng)中的電壓及電流波形發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)中的其他設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生干擾。變頻器供電電源在受到來(lái)自被污染的外部電網(wǎng)的干擾后，電網(wǎng)噪聲就會(huì)隨著電路干擾到變頻器整體。一般情況下，變頻器供電電源受干擾后，再干擾變頻器整體的表現(xiàn)主要有：過(guò)壓、欠壓、射頻干擾及瞬時(shí)掉電等。

2.2 晶閘管換流設(shè)備產(chǎn)生的干擾

對(duì)于此干擾問(wèn)題的出現(xiàn)，是因?yàn)楣╇娋W(wǎng)絡(luò)內(nèi)含有容量較大的晶閘管換流設(shè)備。而晶閘管換流設(shè)備的工作是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，這樣就會(huì)使得供電網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口，致使其波形發(fā)生變化而嚴(yán)重失真。波形的失真使得變頻器輸入側(cè)的整流電路出現(xiàn)反向回復(fù)電壓而受到干擾，導(dǎo)致變頻器的輸入回路被就擊穿甚至燒毀，無(wú)法運(yùn)行。

2.3 電力補(bǔ)償電容產(chǎn)生的干擾

由于電力部門(mén)為了保證供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和保障更多用戶的正常用電需求，通常情況下會(huì)對(duì)用電單位的功率因數(shù)有所控制。然而，有許多用戶單位就會(huì)采取集中電容補(bǔ)償?shù)姆绞蕉岣吖β室驍?shù)，這必然帶來(lái)了一些問(wèn)題。在補(bǔ)償電容投入或切出的暫態(tài)過(guò)程中，供電網(wǎng)絡(luò)電壓可能出現(xiàn)很高的峰值，導(dǎo)致變頻器的整流二極管設(shè)備因承受過(guò)高反向電壓而被擊穿，對(duì)變頻器的運(yùn)行造成極大損害。

2.4 變頻器自身產(chǎn)生的干擾

整流橋是變頻器中的組成設(shè)備，其對(duì)于供電電網(wǎng)而言屬于非線性負(fù)載，產(chǎn)生的諧波也會(huì)對(duì)同一電網(wǎng)中的其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。同時(shí)，變頻器的逆變器也大多是采用PWM技術(shù)運(yùn)行的，其在開(kāi)關(guān)模式及高速切換工作模式中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的耦合性噪音，對(duì)變頻器系統(tǒng)中的其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。最后，變頻器在其工作時(shí)，其輸入及輸出電流中也會(huì)產(chǎn)生許多頻率很高的諧波成分，這些諧波以不同的方式將其能量傳播，對(duì)變頻器本身造成了諸多的干擾。

3 變頻器應(yīng)用中的抗干擾具體措施

對(duì)變頻器應(yīng)用中抗干擾措施的實(shí)施，應(yīng)在遵循抑制和消除干擾源、切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)干擾信號(hào)的敏感性的原則基礎(chǔ)上綜合采用硬件抗干擾和軟件抗干擾措施。在該項(xiàng)援助國(guó)外供水工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，對(duì)變頻器應(yīng)用的同時(shí)也實(shí)施了隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。

3.1 隔離措施的實(shí)施

對(duì)干擾源進(jìn)行隔離，是預(yù)防變頻器工作受干擾的基礎(chǔ)與保障。隔離的措施是通過(guò)對(duì)電路上的干擾源及容易干擾的部分分開(kāi)，切斷其通電聯(lián)系，使供電電源和設(shè)備相互獨(dú)立，而達(dá)到抗干擾的目的。通常情況下，是在電源和放電器電路間設(shè)置隔離變壓器，防止干擾。

3.2 濾波措施的實(shí)施

變頻器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高頻率的諧波，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，損害變頻器的運(yùn)行。在變頻器中設(shè)置濾波器是針對(duì)高頻率諧波而實(shí)施的削弱其頻率的手段，抑制其干擾信號(hào)從變頻器通過(guò)電源線傳導(dǎo)而干擾到電源及電動(dòng)機(jī)。所以，為了降低電磁噪聲和損耗，應(yīng)該在變頻器輸出側(cè)設(shè)置輸出濾波器；為了減少對(duì)電源的干擾，則應(yīng)該在變頻器的輸入側(cè)設(shè)置電源噪聲濾波器。通過(guò)設(shè)置濾波器，可以有效降低干擾信號(hào)對(duì)電網(wǎng)的影響。

值得重視的是，輸出濾波器主要由電感線圈構(gòu)成，能起到削弱輸出電流的高次諧波成分的作用，抵抗干擾，還能削弱電動(dòng)機(jī)中由高次諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。因而，在設(shè)施輸出濾波器的過(guò)程中，必須科學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn)。尤其是變頻器的輸出端不能接入電容器，以防損害逆變管。

3.3 屏蔽措施的實(shí)施

變頻器在生產(chǎn)制造的過(guò)程中已在其自身采取鐵殼屏蔽其電磁干擾，因而其本身是具有一定的電磁干擾屏蔽特性的。對(duì)變頻器干擾源的屏蔽，該研究者認(rèn)為應(yīng)該在電動(dòng)機(jī)和變頻器之間輸出線上使用鋼管進(jìn)行屏蔽，尤其是由外部信號(hào)控制變頻器的情況下，要盡可能地控制其信號(hào)線的長(zhǎng)度，且信號(hào)線要與主電路分離開(kāi)來(lái)。在實(shí)施屏蔽措施后，為保證其效率，通常應(yīng)該將屏蔽罩可靠接地，以防電流諧波會(huì)對(duì)其鄰近的設(shè)備造成輻射干擾。除此之外，由于變頻器采用的是高性能的集成電路，外來(lái)電磁干擾通過(guò)電纜而侵入變頻器內(nèi)，而這些集成電路對(duì)外來(lái)電磁干擾比較敏感。因此，在鋪設(shè)電纜時(shí)應(yīng)該實(shí)施高效的屏蔽抗干擾措施，通常在模擬量控制線路上要使用屏蔽線及屏蔽層，且靠近變頻器的一端應(yīng)接入控制電路的公共端。

3.4 接地措施的實(shí)施

接地措施是變頻器的抗干擾措施中的重要內(nèi)容，其正確的接地方式能在有效抑制變頻器干擾破壞的同時(shí)降低設(shè)備本身產(chǎn)生的干擾。很多情況下，變電器實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，都因?yàn)槲磳㈦娫戳憔€與地線分清開(kāi)來(lái)，而導(dǎo)致控制系統(tǒng)中的控制信號(hào)與主電路導(dǎo)線屏蔽地連接混亂，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。因此，為了保證變頻器接地的正確性，應(yīng)該正確的將主回路端子進(jìn)行接地，不斷提高變頻器的抗干擾能力。當(dāng)然，變頻器在接地過(guò)程中，其接地導(dǎo)線的截面積不能小于2.5mm2，且接地導(dǎo)線的長(zhǎng)度也應(yīng)控制在20m以?xún)?nèi)；另外變頻器的接地不宜與其他動(dòng)力設(shè)備接點(diǎn)處在同一處地方，以防出現(xiàn)不必要的干擾現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該文的論述，了解到變頻器在其應(yīng)用過(guò)程中受到諸多干擾源的干擾破壞，并隨著變頻器的廣泛應(yīng)用還呈現(xiàn)出日漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。為了提高變頻器的抗干擾能力，應(yīng)該積極加強(qiáng)隔離、濾波、屏蔽及接地等措施的科學(xué)實(shí)施，并不斷創(chuàng)新變頻器抗干擾技術(shù)，有效保障變頻器在工業(yè)領(lǐng)域乃至整個(gè)社會(huì)領(lǐng)域的功能作用。

參考文獻(xiàn)

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