論變頻器常見(jiàn)干擾故障分析及對(duì)策

1、論變頻器常見(jiàn)干擾故障分析及對(duì)策    2010-10-26 14:02:24   論文代寫   作者：張相勝       【論文關(guān)鍵詞】：變頻器; 干擾故障; 對(duì)策  【論文摘要】：文章對(duì)變頻器常見(jiàn)干擾故障進(jìn)行了分析總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。  1引言   變頻器作為一種高效節(jié)能的電機(jī)調(diào)速裝置，因其較高的性能價(jià)格比，在工廠得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。眾所周知，變頻器是

2、由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會(huì)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，產(chǎn)生無(wú)線電干擾電波，它們對(duì)周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動(dòng)對(duì)象-電動(dòng)機(jī)帶來(lái)不良的影響。同時(shí)由于變頻器的使用，電網(wǎng)電源電壓中會(huì)產(chǎn)生高次諧波的成分，電網(wǎng)電源內(nèi)有晶閘管整流設(shè)備工作時(shí)，會(huì)引導(dǎo)電源波形產(chǎn)生畸形。另外，由于遭受雷擊或電源變壓器的開(kāi)閉，電功率用電器的開(kāi)閉等，產(chǎn)生的浪涌電壓，也將使電源波形畸變，這種波形畸變的電網(wǎng)電源給變頻器供電時(shí)，又將對(duì)變頻器產(chǎn)生不良影響。文

3、章對(duì)于上述現(xiàn)象進(jìn)行了分析并提出了降低這些不良影響的措施。  2外界對(duì)變頻器的干擾   供電電源對(duì)變頻器的干擾主要有過(guò)壓、欠壓、瞬時(shí)掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。變頻器的供電電源受到來(lái)自被污染的交流電網(wǎng)的諧波干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過(guò)電網(wǎng)的電源電路干擾變頻器。變頻器的輸入電路側(cè)，是將交流電壓變成直流電壓。這就是常稱為"電網(wǎng)污染"的整流電路。由于這個(gè)直流電壓是在被濾波電容平滑之后輸出給后續(xù)電路的，電源供給變頻器的實(shí)際上是濾波電容的充電電流，這就使輸入電壓波形產(chǎn)生畸變。   （1）電網(wǎng)中存在各種整流設(shè)備、交直流

4、互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負(fù)載及照明設(shè)備等大量諧波源   電源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對(duì)電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。例如：當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有較大容量的晶閘管換流設(shè)備時(shí)，因晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，故容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴(yán)重失真。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害，從而導(dǎo)致輸入回路擊穿而燒毀。   （2）電力補(bǔ)償電容對(duì)變頻器的干擾   電力部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)提高功率因數(shù)。在補(bǔ)償

5、電容投入或切出的暫態(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因承受過(guò)高的反向電壓而擊穿。   （3）電源輻射傳播的干擾信號(hào)   電磁干擾(EMI)，是外部噪聲和無(wú)用信號(hào)在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過(guò)電路傳導(dǎo)和以場(chǎng)的形式傳播的2即以電磁波方式向空中幅射，其輻射場(chǎng)強(qiáng)取決于干擾源的電流強(qiáng)度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。   對(duì)于（1）、（2）兩項(xiàng)產(chǎn)生的干擾抑制可以在變頻器輸入電路中，串入交流電抗器，它對(duì)于基波頻率下的阻抗是微不足道的。但對(duì)于頻率較高的高頻干擾信號(hào)來(lái)說(shuō)，呈現(xiàn)很高的阻抗，能有效地抑

6、制干擾的作用。對(duì)于（3）項(xiàng)的干擾信號(hào)主要通過(guò)吸收方式來(lái)削弱。變頻器電源輸入端，通常都加有吸收電容。也可以再加上專用的"無(wú)線電干擾濾器"，來(lái)進(jìn)一步削弱干擾信號(hào)。 3變頻器對(duì)周邊設(shè)備的干擾及對(duì)策   上面已經(jīng)講過(guò)變頻器能使輸入電源電壓產(chǎn)生高次諧波。同時(shí)，變頻器的輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多高次諧波的成分，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，這些高次諧波對(duì)周圍設(shè)備帶來(lái)不良的影響。其中，供電電源的畸變，使處于同一供電電源的其他設(shè)備出現(xiàn)誤動(dòng)作，過(guò)熱、噪聲和振動(dòng)；產(chǎn)生的無(wú)線干擾電波給變頻器周圍的電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等無(wú)線電接收裝置帶來(lái)干擾，嚴(yán)重時(shí)不能正常

7、工作；對(duì)變頻器的外部控制信號(hào)產(chǎn)生干擾，這些控制信號(hào)受干擾后，就不能準(zhǔn)確、正常地控制變頻器運(yùn)行，使被變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生噪音，振動(dòng)和發(fā)熱現(xiàn)象。   （1）對(duì)接在同一電源設(shè)備帶來(lái)的干擾   當(dāng)變頻器的容量較大時(shí)，將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變，通過(guò)阻抗耦合或接地回路耦合將干擾傳入其它電路。消除或削弱對(duì)接在同一電源的設(shè)備帶來(lái)的干擾，可以將變頻器的輸入端串入交流電抗器，在變頻器的整流側(cè)插入直流電抗器。也可以在變頻器電源輸入端插入濾波器，如下圖1所示:   LC濾波器是被動(dòng)濾波器，它由電抗和電容組成對(duì)高次諧波的共振回路，從而達(dá)到吸收高次諧波的目的。有源

8、濾波器的工作原理是：通過(guò)對(duì)電流中高次諧波進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，輸入與高次諧波成分相位相反的電流來(lái)削弱高次諧波的目的。   （2）對(duì)于產(chǎn)生的無(wú)線電干擾波   目前，變頻器絕大部分是采用PWM控制方法。變頻器輸出信號(hào)是高頻的開(kāi)關(guān)信號(hào)，在變頻器的輸出電壓、輸出電流中含有高次諧波，通過(guò)靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，產(chǎn)生無(wú)線電干擾波。這些干擾波有的通過(guò)電線傳導(dǎo)，有些輻射至空中的電磁波和電場(chǎng)直接輻射。而輻射場(chǎng)中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會(huì)干擾變頻器的正常工作。   電線傳導(dǎo)的無(wú)線電干擾波的抑制，可以采用噪聲濾波變壓器，對(duì)高次

9、諧波形成絕緣；插入電抗器，以提高對(duì)高次諧波成分的阻抗，在變頻器的輸入端插入濾波器。   輻射無(wú)線電干擾波的抑制，較傳導(dǎo)無(wú)線電干擾波要困難一些。這種無(wú)線電干擾的大小，決定于安裝變頻器設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)，和電動(dòng)機(jī)電纜線長(zhǎng)短等許多因素有關(guān)。可以盡量縮短電動(dòng)機(jī)電線，電線采用雙絞措施，減少阻抗；變頻器輸入、輸出線裝入鐵管屏蔽；將變頻器機(jī)殼良好地接；變頻器輸入、輸出端串接電抗器，插入濾波器。   （3）對(duì)于產(chǎn)生的噪聲干擾   由于變頻器采用了PWM 控制方式，變頻器的輸出電壓波形不是正弦波，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流也難免含有許多諧波。變頻器輸出的諧

10、波頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率的共振，在轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大，變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機(jī)殼、軸架等諧波在其固有頻率附近的噪聲增大。因此，利用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組和鐵芯由于諧波的成分而產(chǎn)生噪聲。   下圖2是電動(dòng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)和采用電網(wǎng)電源直接驅(qū)動(dòng)時(shí)的噪音比較。通常，采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪音要比電網(wǎng)電源直接驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的噪音高出510dB。   對(duì)于噪音的抑制可以采取的措施為:    選用以IGBT等為逆變模塊的載波頻率較高的低噪音變頻器。選用變頻器專用電動(dòng)機(jī)，在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間串入電

11、抗器，以減少PWM控制方式產(chǎn)生的高次諧波。    在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間插入可以將輸出波形轉(zhuǎn)換成正弦波的濾波器。    選用低噪音的電抗器。   （4）對(duì)于產(chǎn)生的振動(dòng)干擾   采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，同噪音相同的原因，會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。特別是較低階的高次諧波所產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，給電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出帶來(lái)較大的振動(dòng)。若機(jī)械系統(tǒng)與這種振動(dòng)發(fā)生共振時(shí)，其振動(dòng)就更為嚴(yán)重。   通?？梢圆扇∫韵麓胧p小振動(dòng)：    強(qiáng)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性，將剛性連接改為強(qiáng)

12、性連接。    在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間串入電抗器   降低變頻器的輸出壓頻比。    改變變頻器的載波頻率。   在變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速過(guò)程中，如果調(diào)速范圍較大時(shí)，應(yīng)先測(cè)到機(jī)械系統(tǒng)的共振頻率，然后利用變頻器的頻率跳躍功能，避開(kāi)這些共振頻率。如果轉(zhuǎn)距有余量，可以將U/f給定小些。   （5）對(duì)于導(dǎo)致控制部件電動(dòng)機(jī)過(guò)熱的干擾   采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于高次諧波的原因，即使是對(duì)同一電動(dòng)機(jī)，在同一頻率下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)也將增加5%10%的電流。電動(dòng)機(jī)溫度

13、自然會(huì)提高。此外，普通電動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的，在連續(xù)進(jìn)行低速運(yùn)行時(shí)，由于自身的冷卻風(fēng)扇的冷卻能力不足，而出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱現(xiàn)象。   電動(dòng)機(jī)過(guò)熱的對(duì)策有以下幾種：    為電動(dòng)機(jī)另配冷卻風(fēng)扇，改自冷式為他冷式。增加低速運(yùn)行時(shí)的冷卻能力。    選用較大容量的電動(dòng)機(jī)。    改用變頻器專用電動(dòng)機(jī)。    改變調(diào)速方案，避免電動(dòng)機(jī)連續(xù)低速運(yùn)行。   隨著工廠電氣自動(dòng)化程度的提高，各種干擾也日益增多，只有對(duì)變頻器的干擾問(wèn)題有深入的認(rèn)識(shí)，并采取相應(yīng)的處理措施，才能夠減少彼此之間的相互危害，更大程度的確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行和設(shè)備的穩(wěn)定。    參考文獻(xiàn)   1 李自先，等變頻器應(yīng)用維護(hù)與修理M北京：地震出版社，2005   2 張六一變頻器使用過(guò)程的干擾源和抗干擾措施J. 冶金