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解密變頻器抗干擾問(wèn)題

作者: 時(shí)間:2016-12-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  在現(xiàn)場(chǎng),變頻器的干擾出現(xiàn)得比較多,且比較嚴(yán)重,甚至導(dǎo)致控制系統(tǒng)無(wú)法投入使用。變頻器的工作原理注定其會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201612/328075.htm

  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(zhuǎn)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(diào)制電壓,PWM)。用這個(gè)PWM電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī),就可以起到調(diào)整電機(jī)力矩和速度的目的。這種工作原理導(dǎo)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(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生電壓降,導(dǎo)致電壓波型發(fā)生畸變,這種畸變的電壓對(duì)于許多電子設(shè)備形成干擾(因?yàn)榇蟛糠蛛娮釉O(shè)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?cè)谌?strong>電源的情況下更加嚴(yán)重,這種干擾的特征是會(huì)對(duì)使用同一個(gè)電網(wǎng)的設(shè)備形成干擾,而與設(shè)備與變頻器之間的距離無(wú)關(guān);

  2、射頻傳導(dǎo)發(fā)射干擾

  由于負(fù)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(duì)使用同一個(gè)電網(wǎng)的設(shè)備形成干擾,而與設(shè)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(dǎo)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(dāng)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?shù)腜WM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(dāng)其他電子設(shè)備靠近變頻器時(shí),干擾現(xiàn)象變得嚴(yán)重。

  根據(jù)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(duì)電磁干擾敏感的系統(tǒng)。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(duì)系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)干擾信號(hào)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(nèi)容是解決現(xiàn)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(jī)界面下調(diào)變頻器的載波頻率,把該值調(diào)低到一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?。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(xiàn)場(chǎng)的具體調(diào)研我們可以看到,現(xiàn)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(tǒng)有效地抑制外來(lái)干擾,又能降低設(shè)備本身對(duì)外界的干擾,是解決變頻器干擾最有效的措施。具體來(lái)講就是做到以下幾點(diǎn):

 ?。?)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(jī)共地,但不能與其它的設(shè)備共地,必須單獨(dú)打接地樁,且該接地點(diǎn)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離弱電設(shè)備的接地點(diǎn)。同時(shí),變頻器接地導(dǎo)線(xiàn)的截面積應(yīng)不小于4mm2,長(zhǎng)度應(yīng)控制在20m以?xún)?nèi)。

 ?。?)其它機(jī)電設(shè)備的地線(xiàn)中,保護(hù)接地和工作接地應(yīng)分開(kāi)單獨(dú)設(shè)接地極,并最后匯入配電柜的電氣接地點(diǎn)??刂菩盘?hào)的屏蔽地和主電路導(dǎo)線(xiàn)的屏蔽地也應(yīng)分開(kāi)單獨(dú)設(shè)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(hào)(從控制器上輸出4~20mA信號(hào))控制變頻器時(shí),要求該控制信號(hào)線(xiàn)盡可能短(一般為20m以?xún)?nèi)),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(tǒng)中的電子敏感設(shè)備線(xiàn)路也要求采用屏蔽雙絞線(xiàn),特別是壓力信號(hào)。且系統(tǒng)中所有的信號(hào)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(nèi)。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:

 ?。?)設(shè)備的電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器的輸入輸出線(xiàn)。

 ?。?)其它設(shè)備的電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)應(yīng)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(xù)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(dǎo)干擾,電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。

  6、在系統(tǒng)線(xiàn)路中設(shè)置濾波器

  設(shè)備濾波器的作用是為了抑制干擾信號(hào)從變頻器通過(guò)電源線(xiàn)傳導(dǎo)干擾到電源和電動(dòng)機(jī)。為減少電磁噪聲和損耗,在變頻器輸出側(cè)可設(shè)置輸出濾波器;為減少對(duì)電源干擾,可在變頻器輸入側(cè)設(shè)置輸入濾波器。若線(xiàn)路中有敏感電子設(shè)備如控制器和變送器等,可在該設(shè)備的電源線(xiàn)上設(shè)置電源噪聲濾波器以免傳導(dǎo)干擾。濾波器根據(jù)使用位置的不同,可分為:

 ?。?)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(gòu)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(gòu)成,它將吸收頻率點(diǎn)很高的、具有輻射能量的諧波成分。

 ?。?)輸出濾波器也由電感線(xiàn)圈構(gòu)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(jī)中由高次諧波產(chǎn)生的諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。對(duì)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(dǎo)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(dāng)輸出濾波器由LC電路構(gòu)成時(shí),濾波器內(nèi)接入電容器的一側(cè),必須與電動(dòng)機(jī)側(cè)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(shè)備的正常運(yùn)行之外,還因?yàn)樗鼈兿牧舜罅康臒o(wú)功功率,使線(xiàn)路的功率因素大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據(jù)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(cè)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(duì)變頻器的沖擊;

  c、削弱電源電壓不平衡的影響。

 ?。?)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(dá)0.95,并具有結(jié)構(gòu)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(jī)的保護(hù)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(hào)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(hào)和控制回路,需要給控制器、儀表和工控機(jī)采用單獨(dú)的隔離電源進(jìn)行供電。



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