第2講抑制或削弱諧波及變頻器電磁干擾的方法

(12)怎樣選擇電源高通濾波器的參數?

電源濾波器選擇如表5 所列。

2 抑制變頻器的電磁干擾

(1)什么情況下要抑制變頻器的電磁干擾?

應用變頻器的輸入、輸出都是要產(chǎn)生諧波的，尤其是對輸出干擾影響較大。變頻器產(chǎn)生的電磁干擾能量主要是經(jīng)電動(dòng)機電纜線(xiàn)、電源線(xiàn)、接地線(xiàn)的傳導向外傳播的。當變頻器容量大于等于電源變壓器容量的10%，且輸出線(xiàn)路長(cháng)度大于100 m及附近有較高敏感度的電子器件、儀表等設備，而電動(dòng)機的功率為幾十到幾百千瓦時(shí)，電磁干擾問(wèn)題就不可忽視了，必須采取一定的有效抑制方法(電磁兼容性EMC)，方可使變頻器和其他設備互不影響。

(2)易受電磁干擾影響的電氣設備有哪些?

1)弱信號模擬測量電路，如熱電偶、熱敏電阻、應變片、化學(xué)pH值測量等。

2)模擬測量電路測量信號雖大于1 V，但當引線(xiàn)較長(cháng)或要求分辨率達0.1%時(shí)。

3)頻帶較寬的模擬信號電路，如音頻電器等。

4)視頻電路，如閉路電視、計算機顯示器等。

5)數據傳輸線(xiàn)未加屏蔽或布線(xiàn)不適當時(shí)(但一般RS232、RS485通信及Ethernet網(wǎng)都有良好的抗干擾性)。

6)采用高頻振蕩器的接近傳感器，尤其是電容類(lèi)型的。

7)無(wú)線(xiàn)電通信設備。

(3)有效抑制電磁干擾的措施有哪些?

1)一般措施如下。

淤信號線(xiàn)信號線(xiàn)不能與未屏蔽的電動(dòng)機電纜或未經(jīng)濾波的電源線(xiàn)相平行。一般有以下規則：

當兩者平行長(cháng)度大于1 m時(shí)，信號線(xiàn)與電源線(xiàn)的距離小于300 mm;當平行長(cháng)度為1耀10 m時(shí)，兩者距離大于300 mm;如果平行長(cháng)度大于10 m，則兩者距離應成比例增大，如果平行長(cháng)度為40 m，則兩者距離應為40/10伊0.3 m越1.2 m。信號線(xiàn)與變頻器的距離至少為300 mm。如果距離過(guò)近，應采用屏蔽信號線(xiàn)，但不包括與變頻器相接的信號線(xiàn)。

于接地變頻器控制柜應裝有公共接地母線(xiàn)，如圖7 所示。電源地及其他電路的地都應接公共接地端，變頻器本身的接地端不能作為公共接地端，電動(dòng)機電纜(四芯電纜)中地線(xiàn)的兩端應分別接到變頻器和電動(dòng)機接地端，變頻器的控制端與其他電路應通過(guò)0 V端子共地，變頻器輸入端接地線(xiàn)應盡可能短。如果要求控制電路與地隔離可通過(guò)一只100 滋F 電容器接地或采用屏蔽線(xiàn)且屏蔽層接地。

盂電源濾波器一般情況下，變頻器可以不裝電源濾波器。但當供電電路中接有其他易受電磁干擾設備或屏蔽的電動(dòng)機電纜長(cháng)度超過(guò)40 m或非屏蔽的電動(dòng)機電纜長(cháng)度超過(guò)10 m，造成電源線(xiàn)中電磁波干擾電壓增高時(shí)，應裝電源濾波器。

圖8 為一種低成本的電磁干擾抑制方法。電源側電容器使流入電源線(xiàn)的電磁干擾電流降為原來(lái)的1/10 或更少。電容器應盡可能靠近變頻器，且接線(xiàn)要短。電動(dòng)機的出線(xiàn)從鐵氧體環(huán)中穿過(guò)，使穿過(guò)部分導線(xiàn)的阻抗局部增大，阻止電磁干擾電源通過(guò)。如將導線(xiàn)在環(huán)上繞幾圈，則總的電感和阻抗值將隨圈數二次方而增大，一般以2耀3 圈為宜。

注意接地線(xiàn)必須環(huán)外。

2)強化措施如下。

淤降低載波頻率雖然是載頻高，干擾大，但電流波形好，噪聲小，所以可適當地選取，做到兩者兼顧。當電動(dòng)機功率較大，出線(xiàn)又長(cháng)，為減小干擾影響，可適當降低載頻，這樣對抑制電磁干擾較為有利。變頻器與電動(dòng)機距離及選用載波頻率如表6所列。

于屏蔽電動(dòng)機電纜此法是有效的。用四芯電纜一芯接地或屏蔽電纜(鎧裝)或輸出電纜穿鐵管并接地，但屏蔽層應分別接變頻器和電動(dòng)機的接地端且兩端都要接地。當易受干擾的電路或裝置遠離，但兩者電路布線(xiàn)同槽或同溝時(shí)，一般每平行10 m長(cháng)度，至少要用1 m的間距。

電磁干擾嚴重的現場(chǎng)，屏蔽層只能在電動(dòng)機處接地，阻止50 Hz 環(huán)流的形成，而另一端可用一只1 滋F、250 V的電容器串接后再接地。

猿)對電磁干擾非常敏感裝置的措施如下。

一般情況下，在距離變頻器10 m處能無(wú)干擾，小于這個(gè)距離或對很微弱信號仍可能有影響時(shí)，可采取以下措施：

淤除安裝制造廠(chǎng)提供的符合標準的濾波器外，也可選用由兩級LC 電路構成的濾波器，這對抑制100 kHz耀300 MHz 的電磁干擾更有效果。

于變頻器單獨電源供電，對特別敏感的裝置可采用加一個(gè)隔離變壓器或開(kāi)關(guān)電源的供電方式。

(4)抑制共模干擾電壓的方法有哪些?

1)可增設共模扼流電抗，增加線(xiàn)路阻抗。

2)在串聯(lián)諧振電路中，插入阻尼電阻，成為共模變壓器CMT。

3)用EMI濾波器對變頻器輸出濾波器分流。

4)用共模電壓分壓方式。

5)利用濾波器產(chǎn)生與漏電流相位相反的電流，將其抵消。

6)利用有源噪聲消除器(ACC)，產(chǎn)生反相位電壓去抵消。

7)使用隔離變壓器。

8)使用電源濾波器。

9)使用不間斷電源UPS或EPS。

10)用開(kāi)關(guān)電源等來(lái)減小消弱甚至抵消共模電壓，以減小其造成的影響程度。

11)采用絕緣型軸承。

12)單獨保護接地。

(5)隔離變壓器、開(kāi)關(guān)電源、UPS 不間斷電源的作用是什么?

變頻器在自動(dòng)控制中往往要配置一定的外圍設備，尤其當閉環(huán)控制時(shí)更是如此，常用的二次儀器、儀表其電源電壓多數是220 V的，即從三相四線(xiàn)中的相線(xiàn)L與中性線(xiàn)N得到，這樣諧波容易構成回路，對二次儀表產(chǎn)生不良影響，主要表現在：

1)原設定值不穩定，有上下波動(dòng)。

2)原設定值上升，尤其溫度控制儀表更加敏感，其他如調節器、傳感器等亦有反應。

為改變此狀況，采用將單相220 V電源先進(jìn)入隔離變壓器，其輸出再進(jìn)二次儀表輸入端，這樣能有效隔離諧波進(jìn)入二次儀表，效果較好，如圖9 所示。

在要求更高時(shí)，亦可采用開(kāi)關(guān)電源及UPS 供電，目前都可市場(chǎng)現購，只要提供輸入、輸出電壓及容量就可，如圖10所示。

(6)輸入濾波器與噪聲濾波器的區別是什么?

兩者都用于削弱頻率較高的諧波電流，防止通過(guò)電磁輻射干擾附近設備的工作。區別在于輸入濾波器的電路比較復雜，而噪聲濾波器通常用3個(gè)電容器即可。另外，輸入濾波器頻帶較寬，通常無(wú)線(xiàn)電調幅頻率到10 MHz，噪聲濾波器頻帶較窄，通常為1 MHz。

(7)正弦濾波器的作用是什么?

正弦濾波器的作用在于濾除在逆變器輸出的由PWM 載波頻率引起的諧波，從而使逆變器的輸出電壓為正弦波。這種類(lèi)型的濾波器最適于低性能的傳動(dòng)系統。

在逆變器輸出側采用濾波器帶來(lái)一些實(shí)際的問(wèn)題有：

淤增加了變頻器的價(jià)格。

于濾波器的功耗和濾波器電抗引起壓降。

盂由于在濾波器電感、電容和直流環(huán)節電容之間的環(huán)流，使得電力電子器件的額定值略有降低。

榆由于正弦波濾波器引起的延時(shí)，使轉矩響應速度變慢。

(8)怎樣防止諧波線(xiàn)路傳播引起的干擾?

諧波線(xiàn)路傳播常是比較主要的干擾途徑，防止的方法主要有：當受干擾設備為大容量電子設備時(shí)，在變頻器的輸入側接入交流電抗器;當受干擾設備為小容量電子儀器時(shí)，加入濾波電路，或隔離變壓器;采用正確的接地方法。

(9)怎樣防止電磁輻射引起的干擾?

主要方法有：加強變頻器、主電路及受干擾設備的屏蔽等;降低載波頻率;所有的金屬外殼，主電路的金屬管等，都必須良好接地;接濾波器。

(10)怎樣防止因感應引起的干擾?

感應干擾主要發(fā)生在各種設備的控制線(xiàn)路中，防止的方法有：正確布線(xiàn)，所有的控制線(xiàn)都應該遠離變頻器的主電路，使它們不受主線(xiàn)路電磁場(chǎng)的影響，各種設備的控制線(xiàn)不要和變頻器的主電路平行;模擬量控制信號大多是直流信號，故可以通過(guò)濾波和隔離的方法把由感應引起的附加高頻信號削弱或消除;使信號線(xiàn)相絞，因為感應電動(dòng)勢都呈回路狀，信號線(xiàn)相絞后，可使相鄰兩個(gè)“絞圈”內的感應電動(dòng)勢互相抵消;采用屏蔽線(xiàn)。

(11)變頻器相互間是否干擾?

多臺變頻器之間也可能互相干擾，一般說(shuō)來(lái)，大致有兩種情況：

1)多臺變頻器在同一控制柜中。同一控制柜內多臺變頻器相互干擾的結果往往是各臺變頻器都不能正常工作。大多屬于感應干擾。解決的方法有：淤從控制線(xiàn)布線(xiàn)入手。使各變頻器控制線(xiàn)遠離其他變頻器的主電路，防止與其他變頻器的主電路平行布線(xiàn)。

于從主電路入手?？刂乒駜仁褂媒饘倥潆姲?，所有變頻器的主電路都從板后走線(xiàn)，如圖11所示。

2)變頻器在同一電路中。多臺變頻器在同一電路中時(shí)，容易使線(xiàn)路電壓的波形發(fā)生畸變，導致變頻器因“過(guò)壓”或“欠壓”而誤動(dòng)作(跳閘)。具體情況也有兩種。

淤變頻器容量大、臺數少。大容量變頻器在運行時(shí)，線(xiàn)路電壓有可能發(fā)生嚴重畸變。在這種情況下，所有變頻器都應配置交流電抗器。

于變頻器容量小、臺數多。當線(xiàn)路中有很多小容量變頻器同時(shí)運行時(shí)，線(xiàn)路電壓的波形雖不一定發(fā)生嚴重畸變，但有許多維持時(shí)間很短(滋s 級)的“毛刺”，導致各變頻器不規則跳閘。解決的方法最好是在每個(gè)變頻器的輸入側都接濾波器;也可以通過(guò)預置變頻器的“重合閘”功能來(lái)防止變頻器停機。