企業(yè)案例 變頻器的抗干擾措施

企業(yè)案例---變頻器抗干擾措施一、變頻器的干擾目前，變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工等各個(gè)行業(yè)，尤其是各種輸送線的運(yùn)行調(diào)速控制，大多數(shù)均采用交流變頻調(diào)速。

作為交流調(diào)速系統(tǒng)核心部分的變頻器,由于變頻器特殊的工作方式帶來(lái)的干擾越來(lái)越不容忽視。變頻器干擾主要有如下情況:一、變頻器由主回路和控制回路兩大部分組成，變頻器主回路主要由整流電路，逆變電路，控制電路組成，其中整流電路和逆變電路由電力電子器件組成，電力、電子器件具有非線性特性，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)，它要進(jìn)行快速開關(guān)動(dòng)作，因而產(chǎn)生高次諧波，這樣變頻器輸出波形除基波外還含有大量高次諧波，其產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)將產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)的電壓畸變；二、變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等開關(guān)器件，輸出能量的同時(shí)將在輸出線路上產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊電器的正常工作。

二、諧波和電磁輻射的危害（1）諧波使電網(wǎng)中的電器元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了輸變電及用電設(shè)備的效率。（2）諧波可以通過(guò)電網(wǎng)傳導(dǎo)到其它的用電器，影響了許多電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，比如諧波會(huì)使變壓器產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，使其局部過(guò)熱，絕緣老化，壽命縮短，以至于損壞；還有傳導(dǎo)來(lái)的諧波會(huì)干擾電氣設(shè)備內(nèi)部軟件或硬件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振，從而使諧波被放大。二、諧波和電磁輻射的危害（4）諧波或電磁輻射干擾會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，甚至無(wú)法正常工作。（5）電磁輻射干擾使經(jīng)過(guò)變頻器輸出導(dǎo)線附近的控制信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)等弱電信號(hào)受到干擾，嚴(yán)重時(shí)使控制系統(tǒng)無(wú)法得到正確的檢測(cè)信號(hào)，造成控制系統(tǒng)紊亂。三、減少變頻器諧波影響的方法3.1

增加交流和直流電抗器采用交流/直流電抗器后（如下圖所示），使得進(jìn)線電流的諧波畸變率大約降低20%～50%，是不加電抗器的變頻器輸出諧波電流的一半左右。三、減少變頻器諧波影響的方法3.2

接入無(wú)源濾波器采用無(wú)源濾波器后（如下圖所示），滿載時(shí)進(jìn)線中的電壓畸變率可降至5%～10%，滿足電網(wǎng)諧波的要求，技術(shù)成熟，價(jià)格適中。適用于所有負(fù)載下的電壓畸變率＜30%的情況。缺點(diǎn)是輕載時(shí)功率因數(shù)會(huì)降低。三、減少變頻器諧波影響的方法3.3

輸出電抗器采用在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器的方法（如下圖），主要目的是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中，線路上產(chǎn)生的電磁輻射。該電抗器必須安裝在距離變頻器最近的地方，盡量縮短其與變頻器的引線距離。四、提高其它設(shè)備抗干擾能力上面的方法是減少變頻器工作時(shí)對(duì)外設(shè)備的影響，但并不是消除了變頻器的對(duì)外干擾，如果想進(jìn)一步提高其它設(shè)備對(duì)變頻器諧波和電磁輻射的免疫能力，尤其是在變頻器干擾較嚴(yán)重的場(chǎng)合中常用的方法通常有以下幾種：4.1

使用隔離變壓器隔離使用隔離變壓器主要是應(yīng)對(duì)來(lái)自于電源的傳導(dǎo)干擾（如下圖）。使用具有隔離層的隔離變壓器，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器次級(jí)之前。同時(shí)還可以兼有電源電壓變換的作用。隔變常用于控制系統(tǒng)中的儀表、PLC，以及其它低壓小功率用電設(shè)備的抗傳導(dǎo)干擾。

4.2

使用濾波模塊或組件

目前市場(chǎng)中有很多專門用于抗傳導(dǎo)干擾的濾波器模塊或組件，這些濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)還具有防止用電器本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能，對(duì)各類用電設(shè)備有很多好處。

常用雙孔磁芯濾波器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖所示。還有單孔磁芯的濾波器，其濾波能力較雙孔的弱些，但成本較低。

四、提高其它設(shè)備抗干擾能力濾波器的示意圖

4.3

選擇具有開關(guān)電源的低壓電氣設(shè)備

一般開關(guān)電源的抗電源傳導(dǎo)干擾的能力都比較強(qiáng)，因?yàn)樵陂_關(guān)電源的內(nèi)部也都采用了濾波器提高抗干擾性能。因此在選用控制系統(tǒng)的電源設(shè)備，或者選用控制用電器的時(shí)候，盡量采用具有開關(guān)電源類型的。

四、提高其它設(shè)備抗干擾能力4.4

增加軟件濾波功能

在使用以單片機(jī)、DSP等嵌入式處理器為核心的控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)設(shè)備控制軟件的時(shí)候，可以適當(dāng)增加對(duì)檢測(cè)信號(hào)和輸出控制部分的軟件濾波，以增強(qiáng)系統(tǒng)自身的抗干擾能力。

四、提高其它設(shè)備抗干擾能力對(duì)于信號(hào)線上的干擾主要是來(lái)自空間的電磁輻射，有常態(tài)干擾和共模干擾兩種。（1）

常態(tài)干擾的抑制

常態(tài)干擾是指疊加在測(cè)量信號(hào)線上的干擾信號(hào)，這種干擾大多是頻率

較高的交變信號(hào)，其來(lái)源一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有:在輸入回路接小電容、RC濾波器或雙T濾波器；盡量采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，由于這種積分器工作的特點(diǎn)，具有一定的消除高頻干擾的作用；將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)再傳輸?shù)姆绞剑瑢?duì)于常態(tài)的干擾有非常強(qiáng)的抑制作用。

五、信號(hào)線的抗干擾（2）共模干擾的抑制

共模干擾是指信號(hào)線上共有的干擾信號(hào)，一般是由于被測(cè)信號(hào)的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在一定的電位差所致。這種干擾在兩條信號(hào)線上的周期、幅值基本相等，所以采用上面的方法無(wú)法消除或抑制。對(duì)共模干擾的抑制方法如下：采用雙差分輸入的差動(dòng)放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比。把輸入線絞合，絞合的雙絞線能有效降低共模干擾，由于改變了信號(hào)導(dǎo)線電

磁感應(yīng)的方向，從而使其感應(yīng)互相抵消，如下圖所示：五、信號(hào)線的抗干擾（2）共模干擾的抑制采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾，如下圖所示：

五、信號(hào)線的抗干擾使用屏蔽線時(shí)，屏蔽層只一端接地。因?yàn)槿魞啥私拥?，由于接地電位差在屏蔽層?nèi)會(huì)流過(guò)電流而產(chǎn)生干擾，因此只要一端接地即可防止干擾。五、信號(hào)線的抗干擾（2）共模干擾的抑制使用屏蔽線時(shí)，屏蔽層只要一端接地。因?yàn)槿魞啥私拥兀捎诮拥仉娢徊钤谄帘螌觾?nèi)會(huì)流過(guò)電流而產(chǎn)生干擾，因此只要一端接地即可防止干擾。

五、信號(hào)線的抗干擾（2）共模干擾的抑制應(yīng)注意的事項(xiàng)：

無(wú)論是為了抑制常態(tài)干擾還是抑制共模干擾，都應(yīng)該做到以下幾點(diǎn):輸入線路要盡量短。配線時(shí)避免信號(hào)線和動(dòng)力線接近，兩者分開配線，把信號(hào)線放在有屏蔽的金屬管內(nèi)，或者動(dòng)力線和信號(hào)線分開距離要在40cm以上。為了避免信號(hào)失真，對(duì)于較長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)要注意阻抗匹配。

變頻器干擾的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況是很復(fù)雜的，因此在考慮避免或降低干擾時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)