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變頻器的諧波干擾與抑制辦法

作者: 時(shí)間:2012-05-17 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
變頻器中要進(jìn)行大功率二極管整流、大功率晶體管,結(jié)果是在輸入輸出回路產(chǎn)生電流高次諧波,干擾供電系統(tǒng)、負(fù)載及其他鄰近電氣設(shè)備。在實(shí)際使用過(guò)程中,經(jīng)常遇到變頻器諧波干擾問(wèn)題,下面簡(jiǎn)單介紹諧波產(chǎn)生的機(jī)理、傳播途徑及有效抑制干擾的方法。

  一、變頻器諧波產(chǎn)生機(jī)理

變頻器的主電路一般為交-直-交組成,外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號(hào),經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開(kāi)關(guān)元件為頻率可變的交流信號(hào)。在整流回路中,輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波,波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波,其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在輸出回路中,輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形,對(duì)于GTR大功率逆變?cè)?,其PWM的載波頻率為2~3kHz,而IGBT大功率逆變?cè)腜WM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣,輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波,而高次對(duì)負(fù)載直接干擾。另外高次還通過(guò)電纜向空間輻射,干擾鄰近電氣設(shè)備。

  二、抑制諧波干擾常用的方法

諧波的傳播途徑是傳導(dǎo)和輻射,解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把傳導(dǎo)的高頻電流濾掉或者隔離;解決就是對(duì)輻射源或被干擾的線(xiàn)路進(jìn)行屏蔽。具體常用方法:
(1) 變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立,或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器,切斷
(2) 在變頻器輸入側(cè)與輸出側(cè)串接合適的電抗器,或安裝諧波濾波器,濾波器的組成必須是LC型,吸收諧波和增大電源或負(fù)載的阻抗,達(dá)到抑制諧波的目的。
(3) 電動(dòng)機(jī)和變頻器之間電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或用鎧裝電纜,并與其他弱電信號(hào)在不同的電纜溝分別敷設(shè),避免。
(4) 信號(hào)線(xiàn)采用屏蔽線(xiàn),且布線(xiàn)時(shí)與變頻器主回路控制線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)一定距離(至少20cm以上),切斷。
(5) 變頻器使用專(zhuān)用接地線(xiàn),且用粗短線(xiàn)接地,鄰近其他電器設(shè)備的地線(xiàn)必須與變頻器配線(xiàn)分開(kāi),使用短線(xiàn)。這樣能有效抑制電流諧波對(duì)鄰近設(shè)備的輻射干擾。

  三、抑制諧波干擾實(shí)例
例1,某變頻切換控制系統(tǒng),變頻器啟動(dòng)運(yùn)行正常,而鄰近液位計(jì)讀數(shù)偏高,一次表輸入4mA時(shí),液位顯示不是下限值;液位未到設(shè)定上限值時(shí),液位計(jì)卻顯示上限,致使變頻器接收停機(jī)指令,迫使變頻器停止運(yùn)行。

  這顯然是變頻器的高次諧波干擾液位計(jì),干擾傳播途徑是液位計(jì)的電源回路或信號(hào)線(xiàn)。解決辦法:將液位計(jì)的供電電源取自另一供電變壓器,諧波干擾減弱,再將信號(hào)線(xiàn)穿入鋼管敷設(shè),并與變頻器主回路線(xiàn)隔開(kāi)一定距離,經(jīng)這樣處理后,諧波干擾基本抑制,液位計(jì)工作恢復(fù)正常。

  例2,某變頻控制液位顯示系統(tǒng),液位計(jì)與變頻器在同一個(gè)柜體安裝,變頻器工作正常,而液位計(jì)顯示不準(zhǔn)且不穩(wěn),起初我們懷凝一次表、二次表、信號(hào)線(xiàn)及流體介質(zhì)有問(wèn)題,更換所有這些儀表、信號(hào)電纜,并改善流體特性,故障依然存在,而這故障就是變頻器的高次諧波電流通過(guò)輸出回路電纜向外輻射,傳遞到信號(hào)電纜,引起干擾。

  解決辦法:液位計(jì)信號(hào)線(xiàn)及其控制線(xiàn)與變頻器的控制線(xiàn)及主回路線(xiàn)分開(kāi)一定距離,且柜體外信號(hào)線(xiàn)穿入鋼管敷設(shè),外殼良好接地,故障排除。

  例3,某變頻控制系統(tǒng),由兩臺(tái)變頻器組成,且在同一柜體內(nèi),變頻器調(diào)頻方式均為電位器手調(diào)方式,運(yùn)行某一臺(tái)變頻器時(shí),工作正常,兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí),頻率互相干擾,即調(diào)節(jié)一臺(tái)變頻器的電位器對(duì)另一臺(tái)變頻器的頻率有影響,反過(guò)來(lái)也一樣。開(kāi)始我們認(rèn)為是電位器及控制線(xiàn)故障,排除這種可能后,斷定是諧波干擾引起。

  解決辦法:把其中一只電位器移到其他柜體固定,且引線(xiàn)用屏蔽信號(hào)線(xiàn),結(jié)果干擾減弱。為了徹底抑制干擾,重新加工一個(gè)電控柜,并與原柜體一定距離放置,把其中的一臺(tái)變頻器移到該電控柜,相應(yīng)的接線(xiàn)及引線(xiàn)作必要的改動(dòng),這樣處理后,干擾基本消除,故障排除。

  例4,某變頻控制系統(tǒng),切換兩套機(jī)泵,原先機(jī)泵是靠自耦降壓?jiǎn)?dòng)工頻運(yùn)行正常,現(xiàn)改為變頻運(yùn)行,雖能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻減速功能,但變頻器輸出端到電動(dòng)機(jī)間的輸出線(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱,電動(dòng)機(jī)外殼溫升加重,經(jīng)常出現(xiàn)保護(hù)跳閘。這是由于變頻器輸出電壓和電流信號(hào)中包含PWM高次諧波,而諧波電流在輸出導(dǎo)線(xiàn)和電動(dòng)機(jī)繞線(xiàn)上形成附加功率損耗。

  解決辦法:把變頻器輸入線(xiàn)與輸出線(xiàn)分開(kāi),分別走各自的電纜溝,選用大一號(hào)截面的電纜換原先電纜,輸出端與電動(dòng)機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度盡可能短。這樣處理后,發(fā)熱故障排除。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種變頻器高次諧波干擾,基本上都能照以上介紹的方法順利抑制,但對(duì)諧波成分及幅度要求很?chē)?yán)的設(shè)備,徹底抑制高次諧波干擾非常困難,有待進(jìn)一步攻關(guān)解決。

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