1.引言
變頻器作為一種高效節(jié)能的電機(jī)調(diào)速裝置,因其較高的性能價(jià)格比,在工廠得到了越來越廣泛的應(yīng)用。眾所周知,變頻器是由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件,在控制上則采用的是PWM控制方式,這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外,還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會(huì)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變,產(chǎn)生無線電干擾電波,它們對(duì)周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動(dòng)對(duì)象--電動(dòng)機(jī)帶來不良的影響。同時(shí)由于變頻器的使用,電網(wǎng)電源電壓中會(huì)產(chǎn)生高次諧波的成分,電網(wǎng)電源內(nèi)有晶閘管整流設(shè)備工作時(shí),會(huì)引導(dǎo)電源波形產(chǎn)生畸形。另外,由于遭受雷擊或電源變壓器的開閉,電功率用電器的開閉等,產(chǎn)生的浪涌電壓,也將使電源波形畸變,這種波形畸變的電網(wǎng)電源給變頻器供電時(shí),又將對(duì)變頻器產(chǎn)生不良影響。文章對(duì)于上述現(xiàn)象進(jìn)行了分析并提出了降低這些不良影響的措施。
2.外界對(duì)變頻器的干擾
供電電源對(duì)變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時(shí)掉電;浪涌、跌落;尖峰電壓脈沖;射頻干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的諧波干擾后若不加處理,電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過電網(wǎng)的電源電路干擾變頻器。變頻器的輸入電路側(cè),是將交流電壓變成直流電壓。這就是常稱為"電網(wǎng)污染"的整流電路。由于這個(gè)直流電壓是在被濾波電容平滑之后輸出給后續(xù)電路的,電源供給變頻器的實(shí)際上是濾波電容的充電電流,這就使輸入電壓波形產(chǎn)生畸變。
(1)電網(wǎng)中存在各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備,非線性負(fù)載及照明設(shè)備等大量諧波源
電源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變,從而對(duì)電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。例如:當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有較大容量的晶閘管換流設(shè)備時(shí),因晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通,故容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口,波形嚴(yán)重失真。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害,從而導(dǎo)致輸入回路擊穿而燒毀。
(2)電力補(bǔ)償電容對(duì)變頻器的干擾
電力部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的要求,為此,許多用戶都在變電所采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)。在補(bǔ)償電容投入或切出的暫態(tài)過程中,網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值,其結(jié)果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。
(3)電源輻射傳播的干擾信號(hào)
電磁干擾(EMI),是外部噪聲和無用信號(hào)在接收中所造成的電磁干擾,通常是通過電路傳導(dǎo)和以場(chǎng)的形式傳播的[2]即以電磁波方式向空中幅射,其輻射場(chǎng)強(qiáng)取決于干擾源的電流強(qiáng)度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。
對(duì)于(1)、(2)兩項(xiàng)產(chǎn)生的干擾抑制可以在變頻器輸入電路中,串入交流電抗器,它對(duì)于基波頻率下的阻抗是微不足道的。但對(duì)于頻率較高的高頻干擾信號(hào)來說,呈現(xiàn)很高的阻抗,能有效地抑制干擾的作用。對(duì)于(3)項(xiàng)的干擾信號(hào)主要通過吸收方式來削弱。變頻器電源輸入端,通常都加有吸收電容。也可以再加上專用的"無線電干擾濾器",來進(jìn)一步削弱干擾信號(hào)。
3.變頻器對(duì)周邊設(shè)備的干擾及對(duì)策
上面已經(jīng)講過變頻器能使輸入電源電壓產(chǎn)生高次諧波。同時(shí),變頻器的輸出電壓和電流除了基波之外,還含有許多高次諧波的成分,它們將以各種方式把自己的能量傳播出去,這些高次諧波對(duì)周圍設(shè)備帶來不良的影響。其中,供電電源的畸變,使處于同一供電電源的其他設(shè)備出現(xiàn)誤動(dòng)作,過熱、噪聲和振動(dòng);產(chǎn)生的無線干擾電波給變頻器周圍的電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等無線電接收裝置帶來干擾,嚴(yán)重時(shí)不能正常工作;對(duì)變頻器的外部控制信號(hào)產(chǎn)生干擾,這些控制信號(hào)受干擾后,就不能準(zhǔn)確、正常地控制變頻器運(yùn)行,使被變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生噪音,振動(dòng)和發(fā)熱現(xiàn)象。
(1)對(duì)接在同一電源設(shè)備帶來的干擾
當(dāng)變頻器的容量較大時(shí),將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變,通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾傳入其它電路。消除或削弱對(duì)接在同一電源的設(shè)備帶來的干擾,可以將變頻器的輸入端串入交流電抗器,在變頻器的整流側(cè)插入直流電抗器。也可以在變頻器電源輸入端插入濾波器,如下圖1所示:
LC濾波器是被動(dòng)濾波器,它由電抗和電容組成對(duì)高次諧波的共振回路,從而達(dá)到吸收高次諧波的目的。有源濾波器的工作原理是:通過對(duì)電流中高次諧波進(jìn)行檢測(cè),并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,輸入與高次諧波成分相位相反的電流來削弱高次諧波的目的。
(2)對(duì)于產(chǎn)生的無線電干擾波
目前,變頻器絕大部分是采用PWM控制方法。變頻器輸出信號(hào)是高頻的開關(guān)信號(hào),在變頻器的輸出電壓、輸出電流中含有高次諧波,通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng),產(chǎn)生無線電干擾波。這些干擾波有的通過電線傳導(dǎo),有些輻射至空中的電磁波和電場(chǎng)直接輻射。而輻射場(chǎng)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(huì)干擾變頻器的正常工作。
電線傳導(dǎo)的無線電干擾波的抑制,可以采用噪聲濾波變壓器,對(duì)高次諧波形成絕緣;插入電抗器,以提高對(duì)高次諧波成分的阻抗,在變頻器的輸入端插入濾波器。
輻射無線電干擾波的抑制,較傳導(dǎo)無線電干擾波要困難一些。這種無線電干擾的大小,決定于安裝變頻器設(shè)備本身的結(jié)構(gòu),和電動(dòng)機(jī)電纜線長短等許多因素有關(guān)?梢员M量縮短電動(dòng)機(jī)電線,電線采用雙絞措施,減少阻抗;變頻器輸入、輸出線裝入鐵管屏蔽;將變頻器機(jī)殼良好地接;變頻器輸入、輸出端串接電抗器,插入濾波器。
(3)對(duì)于產(chǎn)生的噪聲干擾
由于變頻器采用了PWM 控制方式,變頻器的輸出電壓波形不是正弦波,通過電動(dòng)機(jī)的電流也難免含有許多諧波。變頻器輸出的諧波頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率的共振,在轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大,變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機(jī)殼、軸架等諧波在其固有頻率附近的噪聲增大。因此,利