在煙機除塵設備中如何解決變頻干擾問題的探究

張紅亮 ，陳 寧 ，魏海峰

（1.河北白沙煙草有限責任公司保定卷煙廠，設備科，保定071008）

（2.河北白沙煙草有限責任公司保定卷煙廠，設備科，保定071008）

（3.四川煙草工業有限責任公司什邡分廠，設備信息科，什邡618400）

對于煙草除塵器電控系統，大部分設計開發企業都應用PLC控制與變頻拖動技術，變頻技術控制除塵風機雖然有其高效、節能、控制簡單等特點，但變頻器日益成為工廠自動化領域最大的電磁污染源，變頻器直—交逆變器的非線性等效負荷使得變頻器在除塵系統集成工程中不僅污染工廠供電系統，還直接干擾除塵本身控制系統，引起測控系統失準失靈，嚴重破壞系統的穩定性。本文主要探討在除塵變頻系統實際應用中的干擾來源，干擾現象，然后針對這些干擾采取的措施。

1 變頻器干擾的成因

變頻器的干擾問題一般分為變頻器自身干擾；外界設備產生的電磁波對變頻器干擾；變頻器對其它弱電設備干擾三類情況.其中變頻器自身干擾是對整個系統干擾的主要原因。

1.1 變頻原理

變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經三相橋路不可控整流成直流電壓信號，經濾波電容濾波及大功率晶體管開關元件逆變為頻率可變的交流信號。在整流回路中，輸入電流的波形為不規則的矩形波，波形按傅里葉級數分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統。在逆變輸出回路中，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，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。變頻器基本電路圖如圖1所示。

1.2 變頻器的諧波干擾

在變頻器的輸入電流中，高次諧波分量(5、7、11次諧波等)所占的比重比較高。變頻器的主要干擾是由高次諧波產生，圖2為變頻器諧波示意圖。

圖1：變頻器基本電路

圖2：變頻器諧波示意圖

在電力系統中，電壓和電流波形理論上應是工頻下的正弦波，但實際的波形總有不同的非正弦畸變。從數學的角度分析，任何周期波形都可以被展開為傅里葉級數。對于變頻器的5、7、11次諧波，按傅里葉級數分解，即：

可見變頻器對的電流與電壓中，除含有 基波外，還含有多階的高次諧波，高次諧波的流入就會給相關的電氣設備帶來干擾。

2 除塵設備干擾現象

2.1 除塵器的控制過程

在我們應用的除塵設備中，一共有9臺除塵器，除塵器的除塵風機為30—45KW不等，變頻器運行信號為4-20mA的電流信號，對應頻率為1-50Hz，信號源長度最短20M,最長40M。控制過程示意圖如圖3所示。

圖3：除塵過程控制示意圖

2.2 除塵設備應用中的干擾現象

在實際應用中，我們發現當除塵器啟動運行時會有表2所示的故障現象。

表2：除塵器系統中出現的非正常現象

針對以上問題，我們查找過很多原因，初步判定為變頻干擾，最后經過我們各級技術部門的反復研究、測試、分析，問題主要歸結為變頻器的高次諧波干擾上。為掌握高次諧波的干擾程度，我們選擇使用高頻示波器對其中的幾路進行了現場測試，圖4為示波器檢測分析圖形。

3 解決除塵器變頻干擾的措施

為解決除塵設備中的上訴干擾問題，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，而有效解決或抑制變頻器產生的高次諧波干擾源，是最有效手段。解決這一問題，我們主要從兩方面如手。

圖4：其中一路的高次諧波波形

3.1 抑制變頻器的高次諧波干擾

3.1.1 輸入串入電抗器

前面提到，在變頻器的諧波分量(5、7、9、11次諧波等)所占的比重比較高，這些諧波除了可能干擾其它設備的正常運行外，還消耗大量的無功功率，使線路的功率因數降低。在輸入電路中串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據功能可用直流電抗器或交流電抗器。如圖5，圖中La為交流電抗器，Ld為直流電抗器。我們本次解決的辦法是串入與變頻器同品牌的交流電抗器,并且每臺變頻器前串入一個。

圖5：輸入電路串入電抗器

3.1.2 輸出端串入輸出濾波器

在變頻器的輸出側，除了上述的諧波分量以外，還有很多其他的高頻分量，這些分量會通過輸出導線干擾其他設備。因此在變頻器的輸出側和電動機之間串入由電感構成的輸出濾波器，可以有效的削弱輸出電流中的高次諧波電流引起的干擾，改善了系統回路。如圖6，F0為輸出濾波器。我們本次解決的辦法是串入與變頻器同品牌的輸出濾波器,并且每臺變頻器風機之間串一個。

圖6：輸出電路出入輸出濾波器

3.2 增加設備中抗干擾能力

3.2.1 使用屏蔽電纜及合理布線

為使變頻器產生的高次諧波能沿確定的方向回流到變頻器，防止其產生高頻分量的壓降，干擾其他設備，在變頻器與電機之間采用屏蔽電纜，合理走線與接地。屏蔽線兩端接變頻器與電機機殼，使屏蔽層形成一條有效回流通道。

3.2.2 做好信號隔離

信號隔離我們主要做好兩方面工作，一是將動力線與信號線分開，控制信號線也采用屏蔽線纜，并且采用鋼管鋪設；二是對于除塵設備中的弱電流信號，例如風速流量計，采用獨立電源，獨立的信號屏蔽回路。

4 結束語

本文通過分析除塵設備變頻調速系統中存在的干擾源，分析了干擾的原因與現象，并通過上述方法有效的解決了實際問題。除塵設備能夠正常運轉，保障了車間的正常生產。隨著變頻器抗干擾技術的發展，我們相信干擾和抗干擾問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。

[1]郭艷萍.變頻器應用技術(M）.北京:北京師范大學出版社,20009

[2]林國榮.電磁干擾及控制(M）.北京:電子工業出版社，2003.

[3]王慶斌.電磁干擾與電磁兼容技術(M）.北京：機械工業出版社，1999.

[4]SIEMENS編程手冊(S).上海，西門子（中國）有限公司，2001.