一般來(lái)說(shuō),電氣設(shè)備必須同時(shí)具有對(duì)高頻和低頻干擾的抑制能力。其中高頻干擾主要包括靜電放電、脈沖干擾和發(fā)射性頻率的電磁場(chǎng)等;而低頻干擾主要指電源電壓波動(dòng)、欠壓和頻率不穩(wěn)定等。通常變頻器能夠運(yùn)行在一個(gè)可能存在著較高電磁干擾(EM1)的工業(yè)環(huán)境中,它既是噪聲發(fā)射源,可能又是噪聲接受器。
1、 變頻器所受的外部干擾
1) 晶體管換流設(shè)備對(duì)變頻器的干擾:
當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有容量較大的晶閘管換流設(shè)備時(shí),由于晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間導(dǎo)通,容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹凸(如圖1-1所示)。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因此出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害。
2) 補(bǔ)償電容器的投入和切出對(duì)變頻器的干擾:
當(dāng)在供電線路的變電所內(nèi)采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)提高功率因數(shù)時(shí),在補(bǔ)償電容投入和切出的暫態(tài)過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值。其結(jié)果是可能使變頻器的整流??二極管??內(nèi)承受過(guò)高的反向電壓而擊穿。
2、 變頻器對(duì)外部的干擾
1)
變頻器電流波形:變頻器的輸入電流和輸出電流中,都具有較強(qiáng)的高次諧波成分,它們將對(duì)其它控制設(shè)備形成干擾,影響其它設(shè)備的正常工作。
輸入電流的波形:
如“交-直-交”電壓型變頻器的輸入側(cè)是整流和濾波電路(如圖示2-2所示),只有電源的線電壓U2大于電容兩端的電壓
UD時(shí),整流橋中有充電電流。充電電流總是出現(xiàn)在電源電壓的振幅值附近,呈不連續(xù)的沖擊波形式。它具有很高的奇次諧波成份,特別是5次和7次諧波。
寄生電容Cp存在于電機(jī)電纜和電機(jī)內(nèi)部,因此變頻器的PWM輸出電壓波形的開關(guān)翼部通過(guò)寄生電容產(chǎn)生一個(gè)高頻脈沖電流Is,使變頻器成為一個(gè)諧波干擾源。由于諧波電流Is的產(chǎn)生源是變頻器,因此它一定要流回變頻器。圖中Ze為大地阻抗,Zn為動(dòng)力電纜與地之間的阻抗。諧波電流流過(guò)此二阻抗所造成的電壓降,將影響到同一電網(wǎng)上的其它設(shè)備造成干擾
直流??電抗器??(平波電抗器):串聯(lián)在整流橋和濾波電容之間(如圖4-1中Ld),它的功能主要就是削弱逆變器輸入電流中的高次諧波成份,并且可通過(guò)抑制諧波電流來(lái)提高功率因數(shù)。
濾波器;
在變頻器的輸入輸出側(cè)電路中,除上述較低次的諧波成份外,還有許多頻率較高的諧波電流,它們將以各種方式形成對(duì)其他設(shè)備的干擾信號(hào),濾波器就是用于削弱頻率較高的諧波分量的方法(如圖4-2所示)。
輸入濾波器:通常有兩種
(1) 線路濾波器:主要由電感線圈構(gòu)成(如圖4-2中F11所示)。它主要通過(guò)增大線路在高頻下的阻抗來(lái)削弱頻率較高的諧波電流。
(2)輻射濾波器:主要由高頻電容構(gòu)成(如圖4-2中F12所示,也可以△接方式)。它將吸收掉頻率很高的具有輻射能量的諧波成份。使得流回電源的高頻電流大大減少。(也可以采用變頻器生產(chǎn)廠家提供的專用“無(wú)線電抗干擾濾波器”)。
輸出濾波器:也主要由電感線圈構(gòu)成(如圖4-2中F0所示)。它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成份,不但起到抗干擾作用,而且能削弱電機(jī)中高次諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。
注:當(dāng)輸出濾波器由LC電路構(gòu)成時(shí),濾波器內(nèi)接入電容器的一側(cè),必須與電動(dòng)機(jī)相接。
3)、使用屏蔽電纜及合理布線: 對(duì)通過(guò)感應(yīng)方式傳播的干擾信號(hào)可通過(guò)下列方式予以消除。
當(dāng)變頻器作為被干擾對(duì)象時(shí),高次諧波干擾電流Is可以通過(guò)電勢(shì)和耦合電容進(jìn)入變頻器并且在阻抗
Zi上產(chǎn)生一個(gè)壓降,導(dǎo)致噪聲干擾。為此最有效的方法是嚴(yán)格隔離高頻干擾和信號(hào)電纜,并且信號(hào)電纜屏蔽一定要在兩端接地。
控制電纜最好使用屏蔽電纜。一般來(lái)說(shuō),控制電纜的屏蔽層應(yīng)直接在變頻器的內(nèi)部接地,另一側(cè)通過(guò)一個(gè)高頻小電容(例如3.3nf/3000V)接地。當(dāng)屏蔽層兩端的差模電壓不高和連接到同一地線上時(shí),也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號(hào)線和它的返回線絞在一起,減小感性耦合引起的干擾。絞合越靠近端子越好。模擬信號(hào)的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號(hào)線應(yīng)該獨(dú)立走線,有各自的屏蔽層,以減少線間的耦合。不要把不同的模擬信號(hào)置于同一個(gè)公共反回線。低壓數(shù)字信號(hào)最好使用雙屏蔽的雙絞線,也可以使用單屏蔽的雙絞線。
良好的接地及合理的布線:確保柜體中的所有設(shè)備接地良好,使用短和粗的接地線連接到公共接地點(diǎn)或接地母排上。特別重要的是,連接到變頻器的任何控制設(shè)備要與其共地,同樣也要用短和粗的導(dǎo)線接地。最好采用扁平導(dǎo)體(如金屬網(wǎng)),因其在高頻時(shí)阻抗較低。
合理布線也是很重要,模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的傳輸電纜應(yīng)該分別走線。盡量不要將低壓線與220VAC電源線共用同一電纜。應(yīng)盡量避免電機(jī)電纜與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線。
設(shè)計(jì)控制柜體時(shí)要注意EMC的區(qū)域原則,盡量把不同的設(shè)備規(guī)劃在不同的區(qū)域中。
設(shè)備的抗干擾性和干擾性是一個(gè)很重要的問(wèn)題,目前EMC已成為系統(tǒng)故障的一個(gè)主要原因。EMC的一條準(zhǔn)則是“預(yù)防是最有效的、最經(jīng)濟(jì)的方案”。所以EMC已成為保證變頻設(shè)備可靠正常運(yùn)行的一個(gè)不可忽視的重要問(wèn)題。
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