通用變頻器電氣干擾與抑制方法探討

徐良榮

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

變頻器在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，很多電子器件的功能轉(zhuǎn)換、自動(dòng)化開(kāi)啟關(guān)閉都是在變頻器的輔助下完成的。電路開(kāi)關(guān)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是變頻器的核心內(nèi)容，設(shè)備當(dāng)中融入計(jì)算機(jī)芯片，變頻器能夠?qū)㈦娮釉O(shè)備中各個(gè)功能模塊分離開(kāi)來(lái)，功能切換靈活且具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，電路內(nèi)部開(kāi)關(guān)能夠自動(dòng)完成開(kāi)閉動(dòng)作。人們只需打開(kāi)電子器件，其就能根據(jù)外界環(huán)境自動(dòng)工作。

1 優(yōu)點(diǎn)總結(jié)

隨著科技的發(fā)展，研究人員在傳統(tǒng)變頻器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，研制成通用變頻器，其在實(shí)際使用過(guò)程中體現(xiàn)出以下主要優(yōu)勢(shì)：節(jié)約能源。在保證電子設(shè)備正常工作的前提下，將電能損耗降到最低，在同樣的電量下設(shè)備能夠工作的時(shí)間更長(zhǎng)；精度控制嚴(yán)格，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度能夠得到精準(zhǔn)控制，將設(shè)備轉(zhuǎn)速控制在最佳范圍內(nèi)，對(duì)其使用壽命的延長(zhǎng)非常有利；后期維修非常簡(jiǎn)單，變頻器使用過(guò)程中出現(xiàn)故障的次數(shù)很少，維修成本較低。除上述優(yōu)點(diǎn)外，變頻器還有很多優(yōu)點(diǎn)，基于其成本低、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，通用變頻器是目前最受相關(guān)企業(yè)歡迎的，其在市場(chǎng)上的銷(xiāo)量也是最好的。電氣干擾一直是阻礙其質(zhì)量提升的關(guān)鍵問(wèn)題，干擾分為兩個(gè)方面：外部干擾。變頻信號(hào)傳輸過(guò)程不受保護(hù)，很容易受到其他設(shè)備信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀粌?nèi)部干擾。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，電磁系統(tǒng)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲，噪聲也會(huì)嚴(yán)重影響通用變頻器的正常運(yùn)行。減少電氣干擾是目前變頻器研究的主要任務(wù)，徹底消除電氣干擾才能將變頻器的功能充分發(fā)揮出來(lái)。

變頻器與其他電氣元件一樣，需要定期進(jìn)行維修保養(yǎng)，維修人員要熟悉其工作原理和基本構(gòu)造。且具有相應(yīng)的電工基礎(chǔ)，在維修前需要切斷總電源。日常檢查時(shí)重點(diǎn)查看設(shè)備外部溫度，并聽(tīng)運(yùn)行時(shí)是否有異常噪聲。定期維護(hù)時(shí)檢查元件磨損程度、螺絲緊固程度以及對(duì)線路進(jìn)行試驗(yàn)，確保線路運(yùn)行無(wú)異常情況。冷卻風(fēng)扇和濾波電容是變頻器工作時(shí)使用最頻繁的，維修時(shí)重點(diǎn)檢查這兩個(gè)元件，對(duì)于磨損情況嚴(yán)重的進(jìn)行更換。

2 干擾因素

2.1 非線性諧波

此諧波又被稱(chēng)為高次諧波，在變頻系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)，系統(tǒng)工作時(shí)一直伴隨著高次諧波的產(chǎn)生，且諧波不斷向外部擴(kuò)散。諧波由系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生，首當(dāng)其沖的就是周?chē)€路和元件，在諧波干擾下變頻系統(tǒng)的正常工作會(huì)受到嚴(yán)重影響。與變頻器相鄰的其它電網(wǎng)負(fù)載組件，其電源測(cè)功率監(jiān)測(cè)值會(huì)出現(xiàn)明顯的下降現(xiàn)象。組件出現(xiàn)的變化會(huì)影響異步電機(jī)正常工作，電機(jī)中出現(xiàn)較大噪音，電機(jī)內(nèi)部的震動(dòng)頻率出現(xiàn)短暫失調(diào)。此狀況反過(guò)來(lái)影響變頻系統(tǒng)，使其機(jī)身的溫度快速增加，大大縮減使用年限。

2.2 電磁噪聲

（1）輻射式。噪聲通過(guò)輸入和輸出線路完成傳播，傳播對(duì)象為變頻器周?chē)墓ぷ鹘M件和相關(guān)設(shè)備，此中噪聲干擾方式被稱(chēng)為輻射式。噪聲輻射破壞電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)備功能受限，無(wú)法將其作用發(fā)揮到最大。

（2）感應(yīng)式。變頻器運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁、靜電感應(yīng)燈現(xiàn)象，在各系統(tǒng)相互感應(yīng)過(guò)程中，在輸入輸出線路的輔助下，電磁干擾被傳播出去，進(jìn)而打破周?chē)到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

（3）電源傳播。工作過(guò)程都是電機(jī)產(chǎn)生電源供給各部件需要的能量，噪聲源沿著電流方向向周?chē)鷤鞑ィ@種方式被稱(chēng)為電源傳播。只要電機(jī)源源不斷地產(chǎn)生電流，噪聲就會(huì)隨之傳播出去，進(jìn)而影響周?chē)O(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 泄漏電流

這種電流是在動(dòng)力線中存在的，動(dòng)力線一端連接變頻器，一端與大地相連。泄漏電流的大小受分布電容的直接影響，除此以外，載波頻率也是促使泄漏電流產(chǎn)生的主要原因。該種電流可分為以下兩種：（1）地漏電流。大地、動(dòng)力線之間相互作用產(chǎn)生地漏電流，周?chē)苡绊懽畲蟮脑O(shè)備包括斷路器、繼電器等，設(shè)備動(dòng)作失調(diào)，不能在指定程序下正常運(yùn)行。載波頻率的減小能有效緩解這一情況，同時(shí)工作人員還要根據(jù)變頻器具體工作情況，選擇最適合的外圍設(shè)備。（2）線間漏電流。顧名思義是各線路之間漏出的電流，其中一方是動(dòng)力線，剩下則是周?chē)€路。除了影響周?chē)O(shè)備的正常工作，變頻器本身也會(huì)受到一定損害，其抑制方法同上。動(dòng)力線作為產(chǎn)生泄露電流的關(guān)鍵，需要將其長(zhǎng)度嚴(yán)格控制，以變頻器功率為界限。3.7kW 作為分界，該數(shù)值之下的動(dòng)力線最長(zhǎng)不能超過(guò)50m，該數(shù)值之上動(dòng)力線最長(zhǎng)不能超過(guò)100m。

3 抑制措施

3.1 高次諧波

直流電抗器是抑制高次諧波影響線路穩(wěn)定性的主要器件，安裝位置在變頻器內(nèi)部。在線路輸出時(shí)，電流首先經(jīng)過(guò)的就是直流電抗器，其作用是處理甚至消除電流中存在的高次諧波，進(jìn)而保證整個(gè)線路的穩(wěn)定運(yùn)行。此外電容量的高低對(duì)諧波產(chǎn)生量有直接影響，在其容量大于50kVA 的情況下，諧波產(chǎn)出量也會(huì)大大增加，進(jìn)而影響內(nèi)部組件和外部線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。諧波會(huì)大大損耗內(nèi)部組件，縮減使用壽命。為解決這一問(wèn)題，需要在內(nèi)部安裝協(xié)調(diào)裝置，有效協(xié)調(diào)電源將其大小控制在合理范圍內(nèi)，再加上直流電抗器的輔助，能夠達(dá)到最佳抑制效果。

3.2 電磁噪聲

在內(nèi)部組件設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到噪聲影響，需將抗噪聲干擾能力較弱的組建原理變頻器防止，周?chē)O(shè)備的位置設(shè)計(jì)同樣如此。為防止電源輻射使噪聲擴(kuò)散進(jìn)而影響其他設(shè)備工作，需要在動(dòng)力線上安裝相應(yīng)裝置，濾波裝置的功率要和動(dòng)力線輸出功率相適應(yīng)，才能有效濾除干擾波段。此外，在變頻器外圍可以安裝合適的噪聲吸收裝置，噪聲還未達(dá)到周?chē)考蜁?huì)被裝置吸收。在實(shí)際工程中，可在變頻器外部安繼電器，繼電器中流過(guò)的電流是直流電，將電源線連接到此裝置中，可取得較好的降噪效果。繼電器輸入輸出端也可配上電泳吸收裝置，吸收繼電器未能降解的噪聲，進(jìn)一步提高降噪能力。

3.3 泄漏電源

載波頻率的增大是導(dǎo)致泄漏電源的主要因素，為減少電源泄漏量，可適當(dāng)減小設(shè)備內(nèi)部的載波頻率。此方法只能在一定程度上減少電氣干擾，并不能徹底消除干擾。分布電容量過(guò)大是使電源產(chǎn)生泄漏的第二大因素，在載波頻率較小的情況下，減小分布電容，能基本消除電源泄漏情況。上述兩種方法是目前很多企業(yè)在電氣工程中經(jīng)常使用的抗干擾措施，為完全消除泄漏電源，我國(guó)正在加緊對(duì)新措施的研究。

3.4 安裝抑制器

很多變頻元件是分布在變頻器周?chē)模冾l器產(chǎn)生諧波、噪聲等會(huì)對(duì)周?chē)a(chǎn)生影響，其本身動(dòng)作也會(huì)受到誤導(dǎo)。為解決這一現(xiàn)象，需要在其外部安裝相應(yīng)處理裝置。抑制器的種類(lèi)很多，對(duì)于非線性諧波，可在外圍安裝交流繼電器，能夠起到很好的消除諧波效果。對(duì)于電磁噪聲，可在外部安裝電涌二極管，最大限度地吸收電磁噪聲。對(duì)于泄露電源，可在動(dòng)力線和變頻器上分別安裝接地線，電源若出現(xiàn)泄露會(huì)立即通過(guò)地線流入地下，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

3.5 安裝屏蔽設(shè)備

將變頻內(nèi)部產(chǎn)生的諧波、噪聲等利用相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行屏蔽，最好能夠在其外層和其他元件之間形成屏蔽層。屏蔽層能夠吸收和消減干擾因素，常用的屏蔽層裝置是雙絞屏蔽線，該線路端口和控制信號(hào)線連接，再將絞合節(jié)距控制在最佳范圍內(nèi)，屏蔽層功能就會(huì)最大限度地發(fā)揮出來(lái)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，屏蔽層就是一種接地裝置，能夠綜合消除電氣干擾因素，在保證變頻器噪聲不會(huì)外泄的同時(shí)，將外部設(shè)備信息傳遞信號(hào)隔離開(kāi)來(lái)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，是對(duì)通用變頻器的相關(guān)介紹，首先對(duì)比傳統(tǒng)變頻器羅列其優(yōu)點(diǎn)，其次總結(jié)電氣干擾因素，最后針對(duì)干擾問(wèn)題提出相應(yīng)的抑制措施。從中可看出變頻器在生活、工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著非常重要的地位，若其內(nèi)部系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障，電氣設(shè)備可能壞損，甚至出現(xiàn)安全事故，因此必須重視相關(guān)干擾因素，將上述因素徹底消除，才能有效提升變頻器的安全程度。目前我國(guó)在電氣干擾抑制方面的技術(shù)已漸趨成熟，但各項(xiàng)技術(shù)仍有較大的改進(jìn)空間。