变频器调速应用中的电磁干扰与实用抗干扰技术--控制网



变频器调速应用中的电磁干扰与实用抗干扰技术
企业:控制网 日期:2005-05-11
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    变频调速在许多领域内得到广泛应用,但由于变频器本身的原理与结构,决定了变频器会对其它设备产生电磁干扰,同时其它设备也会对变频器产生干扰,这使得变频器的抗干扰问题成为变频器应用中的主要问题。弄清楚变频器应用中的电磁干扰情况,并采取行之有效的抗干扰技术使变频器及整个调速传动系统正常工作,就是本文的宗旨。我们在长期的实际工作中总结出了这方面的一些经验,供同行们参考。

1.变频器应用中的电磁干扰
   (1).电磁干扰的类型.大致可分为三类:
    ①.高次谐波干扰.这是变频器中最主要的干扰。从变频器整流部分产生的高次谐波,对电源产生干扰,使电源的功率因数降低;使电源侧的外部设备(如进相电容器等)加速老化,缩短使用寿命;对变频器本身也产生不良影响。从变频器输出侧产生的高次谐波,降低电动机的效率与功率因数,并使电动机的温升、振动与噪声增大。

    ②.电磁噪声干扰.变频器是用高载波频率输出斩波,所以它本身就是一个电磁噪声的发源处,这种电磁噪声从变频器辐射出去,影响外部设备的正常工作,如测量仪表、无线接收机以及电子式接近开关等某些传感器。

    ③.泄露电流干扰.变频器输出动力线与大地之间的分布电容,使得对地泄露电流通过接地线流入变频器与外部设备,可使漏电断路器、漏电继电器产生误动作。变频器输出动力线之间的分布电容,使得高频泄露电流通过,可使变频器外接热继电器误动作及变频器过流跳闸。

    以上三种类型的电磁干扰,还影响变频器调速传动系统的控制信号,使系统产生误动作、影响生产,甚至损坏设备。

    (2).电磁干扰的途径.大致有四种情况:
    ①.电磁辐射.由变频器辐射出的电磁波在周围线路中被感应而产生干扰,干扰电势的大小取决于电磁波的大小以及辐射源(变频器)与受感物之间的距离。

    ②.电磁感应.变频器电源电缆产生的磁通变化在周围线路中感应出电势而产生干扰,干扰电势的大小取决于电缆之间生成的磁通大小、线路形成的闭环面积及二者之间的相对角度。

    ③.静电耦合.变频器输入侧的电源电缆、输出侧的动力电缆与周围线路(包括对地)间的分布杂散电容,使得周围线路出现静电耦合而产生干扰,静电的大小正比于分布杂散电容的大小。

    ④.电源线传导.当有其它设备和变频器使用同一电源时,变频器通过电源线对其它设备直接产生干扰,干扰的大小取决于变频器和其它设备本身的情况,以及两者之间的距离。

    (3).电磁干扰的范围.可分为两个方面:
    ①.内部干扰.即变频器产生的高次谐波、电磁噪声、泄露电流对外部设备形成的干扰。

    ②.外部干扰.即外部设备产生的电磁干扰对变频器造成的影响。

2.变频器实用中的抗干扰技术
    形成电磁干扰,必须具备三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的电子设备。全面而言,防止电磁干扰有硬件措施与软件措施,其中硬件措施是最基本、最重要的措施。基本原则是抑制或消除干扰源、切断电磁干扰的传播途径、降低受感设备对干扰信号的敏感程度。在实际应用中,工程上多采用隔离、滤波、屏蔽、接地等硬件措施。

    图1表示为变频调速传动系统抗电磁干扰的措施。输入交流电抗器的作用是:限制电网电压突变与操作过电压引起的电流冲击,抑制变频器输入电网的谐波电流,提高变频器的功率因数。

    输出交流电抗器的作用是:吸收变频器输出的谐波,降低电动机噪声,限制电动机绕组上的电压上升率,补偿变频器与电动机长导线时的充电电流,使电动机正常工作。

    直流电抗器的作用是:抑制输入电流的谐波成份,进一步提高变频器的功率因数,限制逆变侧的短路电流,使逆变电路运行稳定。

    输入滤波器与输出滤波器应用在对谐波抑制要求更高的场合,其作用是:更好地抑制谐波,最大限度地减少谐波对同一电气系统供电的其它设备(通讯设备、计算机、仪表等)的影响,以及对调速系统内的控制电路、驱动器与电动机的影响。专用滤波器是为敏感电子设备抑制电磁干扰而设置的,以保证这些设备的正常工作。

    零序电抗器的作用是:阻止变频器内部的高次谐波电压,经输入输出电缆及电缆与地之间的分布电容所构成的高频通路,避免向周围的无线电设备与仪表等发出电磁干扰。

    隔离变压器的作用是:把干扰源和易受干扰的部分从电路上隔离开来,使它们不发生电的联系。在电源与放大器之间的电源线上采用隔离变压器(一般为噪声隔离变压器)能避免传导干扰。

    以上这些措施的应用,要根据调速传动系统的抗干扰要求与电磁干扰的具体情况而定,但就我们的使用体会来看,最重要的是输入交流电抗器(一般来说它是必须安装的),因为它的安装,对后面的变频器、电动机以及整个调速系统的电磁干扰都有较大的改善作用。

    下面谈谈屏蔽、接地等措施对抗电磁干扰的要求。

    (1).电机的动力线缆要单独放入金属管内,且金属管通过金属机架接地,起屏蔽干扰的作用。动力线要尽量缩短,在未接输出滤波器时3.7KW以下的变频器,动力线长度小于50m;3.7KW以上的变频器,动力线长度小于100m。使用4芯电缆的动力线时,其地线两端分别接变频器的PE端与电机的接地端。

    (2).控制线和控制装置的接地应与动力线和电机的接地分开,前者接到控制装置安装盘的金属外壳上,后者接到地线上。变频器的接地使用专用接地线。无论哪种装置(设备)的接地线都要尽可能缩短且连接牢固。

    (3).变频器的信号线要使用双绞屏蔽线,各路信号线分别各自绞合,绞合节距小于15

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