变频器的抗干扰性及解决方案

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！目录摘要…………….1一.变频器的作用及发展...................................................................................21.变频器及工作原理……....................................................22.变频器的作用…………........................…….…………..33.变频器的发展………….....….…………..4二.变频器的干扰性……………71．变频器干扰的来源………...……………72.干扰信号的传播方式…………………....………………..83.变频调速系统的主要电磁干扰源及途径…..……………10三、变频调速系统的抗干扰对策………………111．隔离……………………..........………..112．滤波器……………………...........……….113．屏蔽干扰源……………….......………….124.接地………....………..…135.采用电抗器………………...............……136.合理布线……………………........……..14四．维护和保养………..………..161.日常检查事项…………................……..162.定期保养…………….............…………..163.备件的更换…………….................……..164.测试…………………….........……………175.故障的判断………….................………..18结论………...........……………..19文献......................................................................................................................20致谢………...........………………21摘要隔离、滤波、屏蔽、接地等方法可以有效的对这些干扰因素进行抑制，从而保障艺,,变压器故障对电网系统的运行危害极大,为避免事故的发生,应加强日常运行巡视管理和制订有效的维护措施,以保证变压器的安全稳定运行。关键词变频器，作用，干扰，谐波：第1页共页1.1变频器及工作原理变频器如图1-1利用半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装臵，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过护等功能。图1-1变频器交流电动机的异步转速表达式位：n＝60f(1－s)/p(1)其中n—异步电动机的转速；f—异步电动机的频率；s—电动机转差率；p—电动机极对数。由公式(1)(调整P)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整s)和变频调速(调整f)等。而我们现在运用最广泛的就是变频调速，由转速n与频率f成正比，只要改变频率ff在0～50Hz第2页共页一种理想的高效率、高性能的调速手段。交流电动机同步转速表达式位：n＝60f/p故也可以用变频调速。变频器的分类如图1-2单相按相数分三相有环流交—交变频器按环流情况分无环流正弦波按输出波形分变频器方波电压型按储能方式分电流型交—直—交变频器脉幅调制脉宽调制按调压方式分图1-2变频器的分类1.2变频器的作用1、变频节能变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种即可满足要求。2、功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网第3页共页耗，增加了电网的有功功率。3、软启动节能电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。4、提高电网质量由于它在电机启动时实现了很好的软启动功能，使电动机在启动时不会对电的电压上，使电压发生畸变，给电网带来高次谐波的干扰；变频器越来越广泛的运用于风能和太阳能发电，在其中它也起到提高电能质量的作用。1.3变频器的发展要谈变频器的发展史，就得从谈变频器的控制方式开始：早期通用变频器大多数为开环恒压比（V／F=常数）的控制方式．其优点是控制结构简单、成本较低，缺点是系统性能不高，比较适合应用在风机、水泵调这场合。具体来说，其控制子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降稳定性变差等。对变频器U／F控制系统的改造主要经历了三个阶段；第一阶段：1.2.引人频率补偿控制，以消除速度控制的稳态误差3.第4页共页并通过反馈控制来消除低速时定子电阻对性能影响。4.再生引起的过电压、过电流抑制较为明显，从而可以实现快速的加减速。之后，1991年由富士电机推出大家熟知的FVR与FRNG7／P7系列的设计中，不同程度融入了2.3.4.项技术，因此很具有代表性。三菱日立，东芝也都有类似的产品。然而，在上述四种方法中，由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本性的改善.第二阶段：以实现转矩、磁场独立控制的内在本质。矢量控制技术仍然在努力融入通用型变频器中，1992年开始，德国西门子开发了6SE70通用型系列，通过FC、VC、SC板可以分别实现频率控制、矢量控制、伺服控制。1994年将该系列扩展至315KW以上。目前，6SE70系列除了200KW以下价格较高，在200KW以上有很高的性价比。第三阶段：1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。第5页共页Identification向你ID),通过ID运行自动确立电机实际的定算出电动机的实际转矩、定子碰链和转子速度，并由磁链和转矩的Band－Band控制产生PWM响应速度和很高的速度、转矩控制精度。1995年ABB公司首先推出的ACS600<2ms的转矩响应速度在带PG时的静态速度精度达土O.01%，在不带PG的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，向样可以达到正负0.1％的速度控制精度。其VS－676H5高性能无速度传感器矢100ms的转矩响应和正负0.2%（无PG）,正负0.01％（带PG）的速度控制精度，转矩控制精度在正负3％左右。其他公司如日本富士电机推出的FRN5000G9／P9以及最新的FRN5000Gll／P11系列出采取了类似无速度传感器控制的设计第6页共页2.1变频器干扰的来源(1)(2)(3)尖峰电压脉冲(4)射频干扰。1.晶闸管换流设备对变频器的干扰回路击穿而烧毁。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受过高的反向电压而击穿。逆变器大多采用PWM噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无己的能量传播出去，形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。（1有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时，整流桥中才有充电电流。第7页共页5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的，分别是50HZ基波的80％和70％。（2绝大多数变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式，是较大的。2.2干扰信号的传播方式(即电路耦合):;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合，感应工作。1.谐波和电磁辐射对电网及其他系统的危害(1),的效率。(2)谐波可以通过电网传导至其他的用电器，影响电器设备的正常运行。如谐还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。(3)而使谐波放大。图2-1第8页共页(4)谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护设臵的误动作，使电器仪表计量不准确，甚至无法正常工作。(5).电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号和检测信号等弱电户重视的原因。但对电网容量小的系统，谐波产生的干扰就不能忽视。2．谐波产生的机理变频器的主电路一般为交-直-380v/50H的工频电源经三相z2-2波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中，输出电流信号是受SPWM（脉宽调制）载波信号调调制的脉冲波形，对于GTR（电力晶体管）大功率逆变元件，其SPWM的载波频率为2-3KH，而IGBT（绝缘栅双极型晶体管）大功率逆变元件的SPWM最高载波频Z图2-2三相桥式整流回路及输入侧波形率可达15KH2-3电流信号也可分解为只含正弦波的基波Z缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。第9页共页图2-3逆变回路及输出侧波形2.3变频调速系统的主要电磁干扰源及途径（1）电路耦合方式即通过电源网络传播。由于输入电流为非正弦波，当变显然，这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。（2）感应耦合方式当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得方式又有两种：a、电磁感应方式，这是电流干扰信号的主要方式；b、静电感应方式，这是电压干扰信号的主要方式。（3）空中幅射方式即以电磁波方式向空中幅射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。第页共页(EMI)须具备三要素:干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施，一般从屏蔽、接地等方法。3.1所谓干扰的隔离如图3-1，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。图3-13.2滤波器在系统线路中设臵滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传波器;为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设臵输入滤波器。若线路中有敏感输出电路中，除了上述较低的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流，它是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位臵的不同，可分为:第页共页(1)输入滤波器通常又有两种：a、线路滤波器弱频率较高的谐波电流。b、辐射滤波器能量的谐波成分。图3-2电流型滤波器图3-3电压型滤波器(2)输出滤波器附加转矩。对于变频器输出端的抗干扰措施，必须注意以下方面：a、频器的输出端不允许接入电容器，以免在逆变管导通（关断）瞬间，产生峰值很大的充电（或放电）电流，损害逆变管；b、输出滤波器由LC电路构成时，滤波器内接入电容器的一侧，必须与电动机侧相接。3.3屏蔽干扰源第页共页屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短(一般为20m以内)，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线(AC380V)及控制线(AC220V)敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。3.4接地正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。对于变频器，主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。3.5采用电抗器在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位臵的不同，主要有以下两种：（1）电抗器串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有：a、通过抑制谐波电流，将功率因数提高至（0.75-0.85b、削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击；c、削弱电源电压不平衡的影响。第页共页图3-4交流电抗器图3-5直流电抗器抗器实际是从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧或变频器的直流侧安装电抗器或同时安装，可抑制谐波电流。采用交流/直流电抗器后（见图3-4，图3-53-6THDV30%～50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。图3-6变压器3.6合理布线法有：第页共页（1）设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线；（2）其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行；以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求合理选择使用，如图3-7所示图3-7过对变频器应用过程中干扰的来源和传播途径的分析，提出了解决这些问题EMC要广的关键之一。变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解变频器也会不久面世。我们相信变频器的EMC问题一定会得到有效解决。第页共页4.1日常检查事项排风是否流畅，风机是否有异常声音。一般防护等级比较高的变频器如：IP20以上的变频器可直接敞开安装，IP20以下的变频器一般应是柜式安装，所以变机电抗器、变压器等是否过热，有异味；变频器及马达是否有异常响声；变频器UVW三相电压与电流是否平衡等。4.2定期保养清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘。检查螺丝钉、螺栓以及即插件等是否5V15V24VUVW相间波形是否为正弦波。接触器的触点是否有打火痕迹，严重的要更换同型号或大于原容量的新品；认变频器在单独运行时输出电压的平衡度。建议定期检查，应一年进行一次。4.3备件的更换变频器由多种部件组成，其中一些部件经长期工作后其性能会逐渐降低、老件应定期更换：（1）冷却风扇变频器的功率模块是是发热最严重的器件，其连续工作所产生的热量必须要第页共页及时排出，一般风扇的寿命大约为10kh～40kh。按变频器连续运行折算为2～3更换时千万注意，否则会引起变频器过热报警。交流风扇一般为220V、380V之分，更换时电压等级不要搞错。（2）滤波电容中间直流回路滤波电容：又称电解电容，其主要作用就是平滑直流电压，吸加快其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。4.4测试1．静态测试（1）测试整流电路找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到RST，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到PRT将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以A.B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。（2）测试逆变电路将红表棒接到P端,黑表棒分别接UVW上，应该有几十欧的阻值，且各相N同结果，否则可确定逆变模块故障。2．动态测试在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点:（1）上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器（2）检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可第页共页能导致变频器出现故障,严重时会出现炸机等情况。（3）上电后检测故障显示内容,并初步断定故障及原因。（4,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,接电机）情况下启动变频