變頻器應用中的干擾方式及措施

摘要：

文中主要分析了變頻器干擾的形成、來源、途徑，以及防止干擾的處理方法及其在實際應用中幾種有效的抗干擾措施。

引言

因變頻器具有節能、改善環境、提高效益等優點，目前我油田生產單位已廣泛使用變頻器，但使用變頻器易使電網電壓發生畸變、對其它用電設備產生干擾，變頻器系統的干擾有時能直接造成系統的硬件損壞，有時雖不能損壞系統的硬件，但常使微處理器的系統程序運行失控，導致控制失靈，從而造成設備和生產事故。因此，如何提高系統的抗干擾能力和可靠性是自動化裝置研制和使用中不可忽視的重要內容。

1.變頻器干擾的來源

首先是來自外部電網的干擾在交流電網中由于許多非線性負載的電氣設備投入運行，其電壓、電流波形實際上已經是在不同程度有所畸變的非正旋波，變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網的干擾后若不加處理，電網噪聲就會通過電網電源電路干擾變頻器。

1.1晶閘管換流設備對變頻器的干擾

當供電網絡內有容量較大的晶閘管換流設備時，由于晶閘管總是在每相半周期內的部分時間內導通，容易使網絡電壓出現凹口，波形嚴重失真。它使變頻器輸入側的整流電路有可能因出現較大的反向回復電壓而受到損害，從而導致輸入回路擊穿而燒毀。

1.2電力補償電容對變頻器的干擾

電力部門對用電單位的功率因數有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補償的方法來提高功率因數。在補償電容投入或切出的暫態過程中，網絡電壓有可能出現很高的峰值，其結果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。

1.3其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋和晶閘管的逆變電路對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對同一電網的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。

1.3.1輸入電流的波形變頻器的輸入側是二極管整流和電容濾波電路。顯然只有電源的線電壓UL大于電容器兩端的直流電壓UD時，整流橋中才有充電電流。因此，充電電流總是出現在電源電壓的振幅值附近，呈不連續的沖擊波形式，具有很強的高次諧波成分。

1.3.2輸出電壓與電流的波形絕大多數變頻器的逆變橋都采用SPWM調制方式，其輸出電壓為占空比按正弦規律分布的系列矩形式形波。

2.干擾信號的傳播方式

變頻器能產生功率較大的諧波，對系統其它設備干擾性較強，其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分傳導（即電路耦合）、電磁輻射、感應耦合。

2.1電路耦合方式即通過電源網絡傳播。由于輸入電流為非正弦波，當變頻器的容量較大時，將使網絡電壓產生畸變，影響其他設備工工作，同時輸出端產生的傳導干擾使直接驅動的電機銅損、鐵損大幅增加，影響了電機的運轉特性。顯然，這是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。

2.2感應耦合方式當變頻器的輸入電路或輸出電路與其他設備的電路挨得很近時，變頻器的高次諧波信號將通過感應的方式耦合到其他設備中去。

2.3空中幅射方式 即以電磁波方式向空中幅射，這是頻率很高的諧波分量的主要傳播方式

3.變頻調速系統的抗干擾處理

為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。硬件抗干擾是應用措施系統最基本和最重要的抗干擾措施，具體措施可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

3.1所謂干擾的隔離，在變頻調速傳動系統中，通常是電源和放大器電路之間電源線上采用隔離變壓器以免傳導干擾，隔離變壓器一般采用DYn的接線組別的三相變壓器，負荷側的諧波電流在變壓器的“角行”繞組中循環，不至流入電網。

3.2在系統線路中設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導干擾到電源從電動機，在變頻器輸人輸出側可設置濾波器。除了上述較低的諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波電流，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其他設備的干擾信號。根據使用位置的不同，可分為：輸入濾波器、輸出濾波器

3.2.1變頻器的輸出端不允許接入電容器，以免在逆變管導通（關斷）瞬間，產生峰值很大的充電（或放電）電流，損害逆變管，

3.2.2輸出濾波器由LC電路構成時，濾波器內接入電容器的一側，必須與電動機側相接。

3.3屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏：輸出線用鋼管屏蔽，信號線盡可能短（一般為20m以內），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（AC380V）及控制線（AC220V）完全分離，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽，屏蔽罩必須可靠接地。

3.4屏蔽接地電氣裝置為了防止其內、外部的電磁感應或靜電感應的干擾而對屏蔽體進行接地。按照功能劃分，一般有以下幾種：

3.4.1靜電屏蔽的接地目的是為了把金屬屏蔽體上的感應靜電干擾信號直接導入地中，同時減少分布電容的寄生耦合，保證人身安全，簡單可靠，費用低。

3.4.2電磁屏蔽的接地目的是為了減少電磁干擾和靜電耦合。

3.4.3，磁屏蔽的接地目的是為了防止形成環路產生環流而發生電磁干擾。

3.5加裝電抗器

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所占的比重是很高的，它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數大為下降。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據接線位置的不同，主要有以下兩種：

3.5.1交流電抗器 串聯在電源與變頻器的輸入側之間。其主要功能有：

a.通過抑制諧波電流，將功率因數提高至（0.75-0.85）：

b.削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊；

c.削弱電源電壓不平衡的影響。

3.5.2直流電抗器 串聯在整流橋和濾波電容器之間。削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數方面比交流電抗器有效，可達0.95，并具有結構簡單、體積小等優點。

3.6合理布線：通過對電氣線路的合理布置，能有效削減通過感應方式傳播的干擾信號。

4.結論

通過對變頻器應用過程中干擾的來源和傳播途徑的分析，提出了在生產運行中如何提高系統的抗干擾能力和可靠性作了簡單探討和處理辦法，隨著新技術和新理論不斷在變頻器上的應用，變頻器存在的這些問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。