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关键词:变频器 谐波 信号 电磁干扰 抗干扰6

日期:2009年12月06日   来源:来自网络   热度:
摘要:随着工业自动化的快速发展,变频器的使用也越来越广泛,变频器的干扰问题也随之而来。本文主要介绍变频器干扰的原因、传递途径,以及抗干扰的对策和措施。关键词:变频器 谐波信号 电磁干扰 抗干扰  变频器非线性等效负荷使得变频器在许多系统集成工程中不仅污染..
 

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摘要随着工业自动化的快速发展,变频器的使用也越来越广泛,变频器的干扰问题也随之而来。本文主要介绍变频器干扰的原因、传递途径,以及抗干扰的对策和措施。 
关键词:变频器 谐波 信号 电磁干扰 抗干扰   
   变频器非线性等效负荷使得变频器在许多系统集成工程中不仅污染工厂供电系统,还直接对自动化工程项目干扰,引起测控系统失准失灵,严重破坏整个系统的稳定性,甚至引发设备、生产事故。而变频器干扰又是不可避免的,这是因为变频器的输入侧是整流电路,输出侧是逆变电路,它们都是由起开关作用的非线性元件组成的,在开断电路中都会产生高次谐波,从而使输入电源和输出电压波形和电流波形发生畸变。因此,如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容。要解决变频器的抗干扰问题,就先要从干扰的来源、传递方式开始分析,然后再针对这些干扰采取不同的措施。 
一、变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术,当工作于开关模式且作高速切换时,产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一种电磁干扰源。
    变频器的输入和输出电流中,都含有很多高次谐波成分。除了能构成
电源无功损耗的较低次谐波外,还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传递出去,形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。
  1、输入电流的波形。变频器的输入侧是二极管整流和
电容滤波电路。显然只有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时,整流桥中才有充电电流。因此,充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近,呈不连续的冲击波形式。它具有很强的高次谐波成分。有关资料表明,输入电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的,分别是50HZ基波的80%和70%。 
  2、输出电压与电流的波形。大部分变频器的逆变桥都采用PWM调制方式,其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形波;由于电动机定子绕组的电感性质,定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的。
三、 干扰信号的传递方式
    变频器能产生功率较大的谐波,由于功率较大,对系统其它设备干扰性较强,其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分传导(即电路耦合)、电磁辐射、感应耦合。具体为:首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声,使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源,通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流。同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。
    四、变频器材的抗干扰对策和措施
    根据电磁性的基本原理,形成电磁干扰须具备三个条件:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰,可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中,硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施,一般从抗和防两方面入手来抑制干扰,其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
1、串入电抗器在电路内串入电抗器可抑制输入侧的过电压,并能降低由变频器引起的电流畸变,避免使主电源受到严重干扰。在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量(5次、7次、11次、13次谐波等)所占的比重是很高的,它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外,还因为它们消耗了大量的无功功率,使线路的功率因数大为下降。根据接线位置的不同,主要有以下两种:
  a、 
电抗器串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有: 通过抑制谐波电流,将功率因数提高至(0.75-0.85);削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击;削弱电源电压不平衡的影响。
   b、直流
电抗器串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一,就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效,可达0.95,并具有结构简单、体积小等优点。
    2、 加滤波器
 
   
3、正确、良好的接地
屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号线尽可能短(一般为20m以内),且信号线采用双芯屏蔽,并与主电路线及控制线完全分离,决不能放于同一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效,屏蔽罩必须可靠接地。
 5、 隔离干扰
隔离干扰是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中,通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器
     结论
通过对变频器应用过程中干扰的来源和传递途径的分析,提出了解决这些问题的实际对策和措施,随着新技术和新理论不断在变频器上的应用,重视变频器的抗干扰要求,已成为变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题,也是变频器应用和推广的关键之一。
参考资料:
  
《通用变频器及其应用》, 韩安荣著,机械工业出版社。
  《变频器调速应用实践》, 张燕宾著,机械工业出版社。
  《电子线路》,谢嘉奎著, 高等教育出版社。

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