信號隔離器在變頻器諧波干擾防治實例

信號隔離器在變頻器諧波干擾防治實例 

     近年來由于調(diào)速和節(jié)能的需要越來越多的場合用到了變頻調(diào)速技術。其中的核心部分變頻器是電力電子器件有電子元器件計算機芯片易受外界的一些電氣干擾，因此變頻器投入電網(wǎng)運行時需要考慮電網(wǎng)電壓是否對稱變壓器容量的大小及配電母線上是否接有非線性設備等另一方面變頻器本身輸入側(cè)是一個非線性整流電路對電源的波形將有影響變頻器輸出側(cè)電壓、電流、非正弦或非*正弦波含有豐富的諧波。由于變頻器中要進行大功率二極管整流、大功率晶體管逆變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)、負載及其它鄰近電氣設備。在實際使用過程中經(jīng)常遇到變頻器變頻器諧波產(chǎn)生的機理、干擾途徑、危害以及有效防止或抑制干擾的對策。
      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)三相橋式不可控整流成直流電壓信號經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號。 
     輸入側(cè)產(chǎn)生諧波機理不限于通用變頻器晶閘管供電的直流電動機、無換向器電動機等凡是在電源側(cè)有整流回路的都將產(chǎn)生因其非線性引起的諧波。在三相橋式整流回路中輸入電流的波形為矩形波波形按傅立葉級數(shù)分解為基波和各次諧波 有6n+1(n=l 2 3… )次諧波。其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。 

   輸出側(cè)產(chǎn)生諧波機理在逆變輸出回路中輸出電壓和電流均有諧波。對于PWM控制的變頻器只要是電壓型變頻器不管是

何種PWM控制其輸出電壓波形為矩形波。其中諧波頻率的高低是與變頻器調(diào)制頻率有關調(diào)制頻率低(如1 2KHz)人耳聽

得見高次諧波頻率產(chǎn)生的電磁噪聲(尖叫聲)。若調(diào)制頻率高(如 IGBT變頻器可達20KHz)人耳聽不見但高頻信號是客觀存

在。從電壓方波及電流正弦鋸齒波用傅立葉級數(shù)不難分析出各次諧波的含量。所以輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其它各次諧波而高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射干擾鄰近電氣設備。 

   變頻器諧波干擾途徑還是與一般無線電干擾一樣分傳導和輻射在傳導的過程中與變頻器輸出線平行敷設的導線又會產(chǎn)生電磁

耦合形成感應干擾變頻器輸出側(cè)諧波又會輻射對附近的無線電設備產(chǎn)生干擾其干擾途徑如圖1所示。 

  (1)變壓器
     電流諧波將增加銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升影響其絕緣能力并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振及引起鐵心磁通飽和或歪斜而產(chǎn)生噪聲。 

  (2)電動機
輸出諧波對電動機的影響主要有引起電動機附加發(fā)熱導致電動機的額外溫升電動機往往要降額使用由于輸出波形失真增加電動機的重復峰值電壓，影響電動機的絕緣。諧波還會引起電動機轉(zhuǎn)矩脈動以及噪聲增加。 

  (3)電力電容器組
一般電容器的標準規(guī)范規(guī)定其zui大電流只允許35的超載但實際運轉(zhuǎn)時由于諧波的影響，以致常發(fā)生嚴重過載。由于電容器之阻抗隨頻率的增加而減少故諧波產(chǎn)生時電容器即成為一陷流點流入大量電流；因而導致過熱、增加介電質(zhì)的應力甚至損壞電力電容器。當電容器與線路阻抗達到共振條件時會發(fā)生振動短路、過電流及產(chǎn)生噪聲。 

  (4)開關設備
由于諧波電流的存在，開關設備在起動瞬間產(chǎn)生生很高di，dt的電流變化率致使增加暫態(tài)恢復電壓的峰值以致破壞絕緣。
 (5)計量儀表
  電能表等計量儀表因諧波而會造成感應轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩引起誤差，降低度。 

  (6)電力電子設備
在多種場合電子設備常會產(chǎn)生諧波的電流源，且很容易感受諧波失真而誤動作。 

  (7)其它還有如照明設備、通信設備、電視及音響設備、電腦設備、載頻遙控設備等都容易受諧波的干擾而影響其正常的工作或

減少其使用壽命。 

  抑制諧波干擾的對策 

  諧波的傳播途徑是傳導和輻射解決傳導干擾主要是在電路中把傳導的高頻電流濾掉或者隔離解決輻射干擾就是對輻射源或被

干擾的線路進行屏蔽。具體的常用方法有：

  在變頻器輸入側(cè)的對策

  (1)變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設備的供電電源相互獨立或在變

頻器和其他用電設備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器切斷諧波電流。 

  (2)設置交流電抗器。 

  (3)設置交流濾波器。 

  (4)整流器的多重化技術對于大容量晶閘管變頻器可以采取這種方法將電源側(cè)整流器分兩個在其輸入側(cè)裝設Yy-d或D,y-d

繞組聯(lián)結(jié)的變壓器利用多重化抑制流向電源側(cè)的高次諧波。因

為需要將整流器分開所以在通用變頻器中不采用。 

  在變頻器輸出側(cè)的對策 

  防止輸出側(cè)諧波干擾的對策大致分為兩大類
*類屬傳統(tǒng)式即向降低雜訊大小入手
第二類屬于新嘗試其基本的觀念及作法是企圖將無意義的雜訊轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇x擇的咨詢。這種方法在

試驗中證實了其有效性。其中*類方法可分為：

  (1)采用高于人耳不能聽到的開關頻率高的電力電子器如MOSFET IGBT等 

  (2)在變頻器輸出端后加裝濾波器使送至電力設備前的電源波形為正弦波 

  (3)改善PWM調(diào)制方法降低諧波含量

  (4)用閉環(huán)控制的方法如ADSM及DSMC來改善一般傳統(tǒng)PWM的諧波現(xiàn)象。

另外在電動機和變頻器之間的電纜應穿鋼管敷設或用鎧裝電纜并與其它弱電信號在不同的電纜溝分別敷設避免輻射干擾。 

  信號線采用屏蔽線且布線時與變頻器主回路控制線錯開一定距離(至少20cm以上)切斷輻射干擾。 

  變頻器使用接地線且用粗短線接地鄰近其他電器設備的地線必須與變頻器配線分開使用短線。這樣能有效抑制電流諧

波對鄰近設備的輻射干擾。 

  例1某變頻切換控制系統(tǒng)變頻器啟動運行正常而鄰近液位計讀數(shù)偏高一次表輸入4mA時液位顯示不是下限值液位未

到設定上限值時液位  卻顯示上限致使變頻器接收停機指令迫使變頻器停止運行。 這顯然是變頻器的高次諧波干擾液位計干擾傳播途徑是液位計的電源回路或信號線。解決辦法將液位計的供電電源取自另一供電變壓器諧波干擾減弱再將信號線穿入鋼管敷設并與變頻器主回路線隔開一定距離經(jīng)這樣處理后諧波干擾基本抑制液位計工作恢復正常。 

  例2某變頻控制液位顯示系統(tǒng)液位計與變頻器在同一個柜體安裝變頻器工作正常而液位計顯示不準且不穩(wěn)起初我們懷疑一次表、二次表、信號線及流體介質(zhì)有問題更換所有這些儀表、信號電纜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輸出回路電纜向外輻射傳遞到信號電纜引起干擾。 

  解決辦法 液位計信號線及其控制線與變頻器的控制線及主回路線分開一定距離且柜體外信號線穿入鋼管敷設外殼良好接

地故障排除。