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漲知識 | 變頻器干擾的處理方法

發(fā)布時(shí)間:2023-06-08 12:38:10  來(lái)源: 變頻器世界 點(diǎn)擊數:766

漲知識 | 變頻器干擾的處理方法


在現場(chǎng),變頻器的干擾出現得比較多,且比較嚴重,甚至導致控制系統無(wú)法投入使用。
變頻器的工作原理注定其會(huì )產(chǎn)生強電磁干擾。
變頻器包括整流電路和逆變電路,輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流電路和平波回路,轉換成直流電壓,再通過(guò)逆變器把直流電壓變換成不同寬度的脈沖電壓(稱(chēng)為脈寬調制電壓,PWM)。
用這個(gè)PWM電壓驅動(dòng)電機,就可以起到調整電機力矩和速度的目的。這種工作原理導致以下三種電磁干擾:
1、諧波干擾
整流電路會(huì )產(chǎn)生諧波電流,這種諧波電流在供電系統的阻抗上產(chǎn)生電壓降,導致電壓波型發(fā)生畸變,這種畸變的電壓對于許多電子設備形成干擾(因為大部分電子設備僅能工作在正弦波電壓條件下),常見(jiàn)的電壓畸變是正弦波的頂部變平。
諧波電流一定時(shí),電壓畸變在弱電源的情況下更加嚴重,這種干擾的特征是會(huì )對使用同一個(gè)電網(wǎng)的設備形成干擾,而與設備與變頻器之間的距離無(wú)關(guān)。
2、射頻傳導發(fā)射干擾
由于負載電壓為脈沖狀,因此變頻器從電網(wǎng)吸取電流也是脈沖狀,這種脈沖電流中包含了大量的高頻成分,形成射頻干擾,這種干擾的特征是會(huì )對使用同一個(gè)電網(wǎng)的設備形成干擾,而與設備與變頻器之間的距離無(wú)關(guān)。
3、射頻輻射干擾
射頻輻射干擾來(lái)自變頻器的輸入電纜和輸出電纜。
在上述的射頻傳導發(fā)射干擾的情形中,變頻器的輸入輸出電纜上有射頻干擾電流時(shí),由于電纜相當于天線(xiàn),必然會(huì )產(chǎn)生電磁波輻射,產(chǎn)生輻射干擾。
變頻器輸出電纜上傳輸的PWM電壓,同樣包含豐富的高頻的成分,會(huì )產(chǎn)生電磁波輻射,形成輻射干擾。輻射干擾的特征是,當其他電子設備靠近變頻器時(shí),干擾現象變得嚴重。
根據電磁學(xué)的基本原理,形成電磁干擾必須具備三要素:電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統。
為防止干擾,可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。
其中,硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施,一般從抗和放兩方面入手來(lái)抑制干擾,其總體原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的耦合通道、降低系統干擾信號的敏感性。
具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。
以下內容是解決現場(chǎng)干擾的主要步驟:
1、采用軟件抗干擾措施
具體來(lái)講就是通過(guò)變頻器的人機界面下調變頻器的載波頻率,把該值調低到一個(gè)適當的范圍。
如果這個(gè)方法不能奏效,那么只能采取下面的硬件抗干擾措施。
2、進(jìn)行正確的接地
通過(guò)現場(chǎng)的具體調研我們可以看到,現場(chǎng)的接地情況是不甚理想的。
而正確的接地既可以是系統有效地抑制外來(lái)干擾,又能降低設備本身對外界的干擾,是解決變頻器干擾最有效的措施。
體來(lái)講就是做到以下幾點(diǎn):
1)變頻器的主回路端子PE(E、G)必須接地,該接地可以和該變頻器所帶的電機共地,但不能與其它的設備共地,必須單獨打接地樁,且該接地點(diǎn)應該盡量遠離弱電設備的接地點(diǎn)。
同時(shí),變頻器接地導線(xiàn)的截面積應不小于4mm2,長(cháng)度應控制在20m以?xún)取?/span>
(2)其它機電設備的地線(xiàn)中,保護接地和工作接地應分開(kāi)單獨設接地極,并最后匯入配電柜的電氣接地點(diǎn)。
控制信號的屏蔽地和主電路導線(xiàn)的屏蔽地也應分開(kāi)單獨設接地極,并最后匯入配電柜的電氣接地點(diǎn)。
3、屏蔽干擾源
屏蔽干擾源是抑制干擾的很有效的方法。
通常變頻器本身用鐵殼屏蔽,可以不讓其電磁干擾泄露,但變頻器的輸出線(xiàn)最好用鋼管屏蔽,特別是以外部信號(從控制器上輸出4~20mA信號)控制變頻器時(shí),要求該控制信號線(xiàn)盡可能短(一般為20m以?xún)龋?,且必須采用屏蔽雙絞線(xiàn),并與主電路線(xiàn)(AC380)及控制線(xiàn)(AC220V)完全分離。
此外,系統中的電子敏感設備線(xiàn)路也要求采用屏蔽雙絞線(xiàn),特別是壓力信號。
且系統中所有的信號線(xiàn)決不能和主電路線(xiàn)及控制線(xiàn)放于同一配管或線(xiàn)槽內。
為使屏蔽有效,屏蔽層必須可靠接地。
4、合理的布線(xiàn)
具體方法有:
(1)設備的電源線(xiàn)和信號線(xiàn)應盡量遠離變頻器的輸入輸出線(xiàn)。
(2)其它設備的電源線(xiàn)和信號線(xiàn)應避免和變頻器的輸入輸出線(xiàn)平行。
如果采取了以上的辦法之后還是不能夠奏效,那么繼續以下辦法:
5、干擾的隔離
所謂干擾的隔離,是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開(kāi)來(lái),使他們不發(fā)生電的聯(lián)系。
通常是在電源和控制器及變送器等放大器電路之間在電源線(xiàn)上采用隔離變壓器以免傳導干擾,電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。
6、在系統線(xiàn)路中設置濾波器
設備濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過(guò)電源線(xiàn)傳導干擾到電源和電動(dòng)機。
為減少電磁噪聲和損耗,在變頻器輸出側可設置輸出濾波器;為減少對電源干擾,可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。
若線(xiàn)路中有敏感電子設備如控制器和變送器等,可在該設備的電源線(xiàn)上設置電源噪聲濾波器以免傳導干擾。
濾波器根據使用位置的不同,可分為:
(1)輸入濾波器
通常有兩種:
a、線(xiàn)路濾波器:主要由電感線(xiàn)圈構成,它通過(guò)增大線(xiàn)路在高頻下的阻抗來(lái)削弱頻率較高的諧波電流。
b、輻射濾波器:主要由高頻電容器構成,它將吸收頻率點(diǎn)很高的、具有輻射能量的諧波成分。
(2)輸出濾波器也由電感線(xiàn)圈構成
它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成分。
不僅起到抗干擾的作用,還能消弱電動(dòng)機中由高次諧波產(chǎn)生的諧波電流引起的附加轉矩。
對于變頻器輸出端的抗干擾措施,必須注意一下方面:
a、變頻器的輸出端不允許接入電容器,以免在功率管導通(關(guān)斷)瞬間,產(chǎn)生峰值很大的充電(或放電)電流,損害功率管;
b、當輸出濾波器由LC電路構成時(shí),濾波器內接入電容器的一側,必須與電動(dòng)機側相接。
7、采用電抗器
在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波成分(5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等)所占的比重是很高的,它們除了可能干擾其它設備的正常運行之外,還因為它們消耗了大量的無(wú)功功率,使線(xiàn)路的功率因素大為下降。
在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。
根據接線(xiàn)位置的不同,主要有以下兩種:
(1)交流電抗器
串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側之間。
其主要功能有:
a、通過(guò)抑制諧波電流,將功率因素提高至(0.75-0.85);
b、削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊;
c、削弱電源電壓不平衡的影響。
(2)直流電抗器
串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。
它的功能比較單一,就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。
但在提高功率因素方面比交流電抗器有效,可達0.95,并具有結構簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
因此,變頻器的抗干擾措施主要包括在變頻器進(jìn)線(xiàn)部分加裝交流電抗器和濾波器,進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)采用屏蔽電纜,所有電纜的屏蔽層與電抗器、濾波器、變頻器和電機的保護地共同接地,且該接地點(diǎn)與其他接地點(diǎn)分開(kāi),保持足夠的距離。
同時(shí),信號電纜和變頻器的動(dòng)力電纜不要平行布置。
此外,為防止變頻器干擾信號和控制回路,需要給控制器、儀表和工控機采用單獨的隔離電源進(jìn)行供電。

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