论直接高-高型变频调速系统特殊干扰及抗干扰

1、论直接高高型变频调速系统特殊干扰及抗干扰李仕卫；李曰玮；姚立峰(河北任丘渤海石油职业学院，任丘062552) 摘要：从直接高高型变频调速系统的概念，引入高压变频器在这种特殊调速系 统中的重要性。报告了由于“非线性”和“自举”等是高压变频器产生污染供电 系统的现状，提出了抗干扰的必然性。进行实际中高压变频器的特殊干扰包括供 电电源对变频器的干扰、变频器木身的干扰以及变频器对电动机的干扰等的调查 及全面的分析，通过列举实践的典型现象，并有针对性进行了现象分析。总结了 在实际的直接高高型变频调速系统的设计、安装与应用中的特殊干扰，结合牛 产实际提出了相应的解决方法和对策。关键词：高压变频器；特殊干扰

2、；干扰分析；抗干扰中图分类号：tp2文献标识码：a文章编号：1006-4311 (2010) 10-0069-020引言变频器调速技术是集自动控制原理、微电子学、电力电子变流技术、 通信技术等于一体的高新科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中 获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长 设备和电机的使用寿命。所谓直接高高型变频调速系统是指变频器不经过升压和 降压变压器，直接把电网的6千伏电压变为频率可调的6千伏电压，供6千伏电 动机变频调速。也就是直接使用高压变频器，高压变频器肓一交逆变器的非线性 等效负荷使得高压变频器在许多系统集成工程中不仅污染工厂供电

3、系统，还直接 对自动化工程项目干扰，引起测控系统失准失灵，严重破坏系统的稳定性，甚至 高压变频器自身受到干扰引发“自举”式的调速故障。高压变频器的干扰问题一 般分为供电电源对变频器的干扰；高压变频器自身干扰；高压变频器对电动机干 扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电 子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨, 以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。1供电电源对变频器的干扰1.1供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬吋掉电；浪涌、跌 落；尖峰电压脉冲；射频干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的

4、 谐波干扰后若不加处理，电网噪声就会通过电网的电源电路干扰变频器。变频器 的输入电路侧，是将交流电压变成直流电压。这就是常称为“电网污染”的整流电 路。由于这个直流电压是在被滤波电容平滑之后输出给后续电路的，电源供给变 频器的实际上是滤波电容的充电电流，这就使输入电压波形产生畸变。1.1.1电网中存在各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备， 非线性负载及照明设备等大量谐波源 电源网络内有这些负荷都使电网中的电 压、电流产生波形畸变，从而对电网中其它设备产生危害的干扰。例如：当供电 网络内有较大容量的晶闸管换流设备时，因晶闸管总是在每相半周期内的部分时 间内导通，故容易使网络电压出现凹口

5、，波形严重失真。它使变频器输入侧的整 流电路有可能因出现较大的反向冋复电压而受到损害，从而导致输入冋路击穿而 烧毁。1.1.2电力补偿电容对变频器的干扰 电力部门对用电单位的功率因数 有一定的要求，为此，许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率 因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中，网络电压有可能出现很高的峰值, 其结果是可能使变频器的整流二极管因承受过高的反向电压而击穿。1.1.3电源辐射传播的干扰信号电磁干扰(emi),是外部噪声和无用信 号在接收中所造成的电磁干扰，通常是通过屯路传导和以场的形式传播的，即以 电磁波方式向空中幅射，其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐

6、射 阻抗以及干扰源的发射频率。1.2现场现象电机偶尔停不下来，经检查屏蔽层接地正确良好，降低 载波频率不起作用。高压变频器输入侧及输出侧加磁环滤波器不起作用。1.3现象分析 安装高压变频器的配电柜与动力配电室相距太近，配电 室配电柜有大电流流过，在电流周围有较强磁场，干扰了高压变频器正常工作, 把配电柜远离配电室后即恢复正常，这属于外界设备对高压变频器干扰。1.4解决方法 对于大量谐波源以及电力补偿电容对变频器的干扰抑 制可以在变频器输入电路中，串入交流电抗器，它对于基波频率下的阻抗是微不 足道的。但对于频率较高的高频干扰信号来说，呈现很高的阻抗，能有效地抑制 干扰的作用。对于电源辐射传播的干

7、扰信号主要通过吸收方式来削弱。变频器电 源输入端，通常都加有吸收电容。也可以再加上专用的”无线电干扰滤器“，来进 一步削弱干扰信号。2变频器本身的干扰2.1高压变频器本身就是一个干扰源，众所周知，高压变频器由主冋路和 控制冋路两大部分组成，高压变频器主冋路主要由整流电路，逆变电路，控制电 路组成，其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成，电力、电子器件具有非 线性特性，当高压变频器运行时，它要进行快速开关动作，因而产生高次谐波， 这样高压变频器输出波形除基波外还含有大量高次谐波。无论是哪种干扰类型, 高次谐波是高压变频器产生干扰的主要原因。，高压变频器本身就是谐波干扰源， 所以对电源侧和输出侧

8、的设备会产生影响。2.2现场现象 电机经常停不下来，按任何按钮（包括变频器上按钮） 都不管用，经查配电柜里接地地线没有连接到大地。2.3现象分析 供电系统一般都是三相四线制，若工厂电力变压器中性 点直接接地（即电源接地形式为tn或tt）,可以把配电柜里地线连接到中性线 上。按照gb/t5226.1-1996标准，地线与中性线是严格分开的，配电柜里中性线有 专用接线端子“n”，地线有专用接地螺钉。由于只把中性线接到端子上， 而地线没有和中性线相连，虽说控制线使用了屏蔽线，屏蔽层也接到了接地螺钉， 但没有和大地相连，起不到屏蔽作用，导致了变频器因干扰失控电机停不下来。 这种干扰属于变频器本身干扰类

9、型。2.4解决方法要保证良好的接地，接地端子的一般要求为:接地端子以 “第三种方式”接地（单独接地），接地线愈短愈好，而h必须接地良好；控制回 路线使用屏蔽线，而ii屏蔽线远端屏蔽层悬空，近端接地；根据产品要求，合理 布线，强电和弱电分离，保持一定距离，避免高压变频器动力线与信号线平行布 线，应分散布线；增加抗无线干扰滤波器，高压变频器输入和输出抗干扰滤波器 或电抗器；采取防止电磁感应的屏蔽措施，其至可将高压变频器用金属铁箱屏蔽 起来;适当降低载波频率。3变频器对电动机的干扰3.1变频器的输出电压和电流除了基波之外，还含有许多高次谐波的成 分，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，这些高次谐波

10、对电动机带来不良 的影响。同噪音相同的原因，会使电动机产生振动。特别是较低阶的高次谐波所 产生的脉动转矩，给电动机的转矩输出带来较人的振动。若机械系统与这种振动 发生共振时，其振动就更为严重。由于高次谐波的原因，即使是对同一电动机, 在同一频率下运行，电动机也将增加5%10%的电流。电动机温度自然会提高。 此外，普通电动机的冷却风扇安装在电动机轴上的，在连续进行低速运行吋，由 于自身的冷却风扇的冷却能力不足，而出现电动机过热现象。3.2现场现象 起动变频器后，电机不动作。3.3现象分析 变频器由外部4-20ma给定运转频率,4-20ma的直流信 号由变送器送入，看显示板，频率显示为o.ooo用

11、电流表量测量变送器的输出端， 发现无输出。在变送器的输出端子并上一 102电容后，再启动,设备恢复正常，说 明信号源受到干扰。在工程实践中一个简单的信号线并联电容解决了人问题是经 常有效的实用方法。这属于变频器对外部设备的干扰。3.4解决方法3.4.1通常可以采取以下措施减小振动：3.4.1.1强化机械结构的刚性，将刚性连接改为强性连接。3.4.1.2在变频器与电动机之间串入电抗器。3.4.1.3降低变频器的输出压频比。3.4.1.4改变变频器的载波频率。在变频器对电动机进行调速过程中，如果调速范围较大吋，应先测到机 械系统的共振频率，然后利用变频器的频率跳跃功能，避开这些共振频率。如果 转距

12、有余量，可以将u/f给定小些。3.4.2对于导致控制部件电动机过热的干扰3.4.2.1为电动机另配冷却风扇，改自冷式为他冷式。增加低速运行吋 的冷却能力。3.4.2.2选用较大容量的电动机。3.4.23改用变频器专用电动机。3.4.2.4改变调速方案，避免电动机连续低速运行。4在变频器控制系统设计与应用中还要注意以下几个方面的问题4.1在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少可能产 生的电磁辐射干扰。在实际工程中，由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独 布置的位置，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配 电柜放在变频器与控制设备之间。4.2变频器电源输入侧可采用

13、容量适宜的空气开关作为短路保护，但切 记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将 造成过电压而损坏内部元件。4.3控制变频调速电机启/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不 要通过接触器实现启/停。否则，频繁的操作可能损坏内部元件。4.4尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了 控制系统与变频器之间必须的控制线外，其它如控制电源等应分开。由于控制系 统及变频器均需要24v直流电源，而生产厂家为了节省一个直流电源，往往用 一个直流电源分两路分别对两个系统供电，有时变频器会通过直流电源对控制系 统产生传导干扰，所以在设计中或订货吋要特别加以说明，要求用

14、两个直流电源 分别对两个系统供电。4.5注意变频器对电网的干扰。变频器在运行吋产生的高次谐波会对电 网产生影响，使电网波型严重畸变，可能造成电网电压降很大、电网功率因数很 低，大功率变频器应特别注意。解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节 功率因数，同时可以根据具体情况在变频器电源进线侧加电抗器以减少对电网产 生的影响，而进线电抗器可以由变频器供应商配套提供，但在订货时要加以说明。4.6变频器柜内除本机专用的空气开关外，不宜安置其它操作性开关电 器，以免开关噪声入侵变频器，造成误动作。4.7应注意限制最低转速。在低转速时，电机噪声增大，电机冷却能力 下降，若负载转矩较大或满载，可能烧毁电机

15、。确需低速运转的高负荷变频电机， 应考虑加大额定功率，或增加辅助的强风冷却。4.8注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分，电机 转矩中含有脉动分量，有可能造成电机的振动与机械振动产生共振，使设备出现 故障。应在预先找到负载固有的共振频率后，利用变频器频率跳跃功能设置，躲 开共振频率点。以上通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这 些问题的实际方法。随着工厂电气自动化程度的提高，各种干扰也日益增多，只 有对变频器的干扰问题有深入的认识，并采取相应的处理措施，才能够减少彼此 之间的相互危害，更大程度的确保生产的正常进行和设备的稳定。然而新技术和 新理论不断在变频器上的应用，变频器应用存在的这些问题有望通