變頻器的諧波干擾與抑制
變頻器中要進(jìn)行大功率二極管整流、大功率晶體管逆變，結(jié)果是在輸入輸出回路產(chǎn)生電流高次諧波，干擾供電系統(tǒng)、負(fù)載及其他鄰近電氣設(shè)備。在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常遇到變頻器諧波干擾問題，下面簡(jiǎn)單介紹諧波產(chǎn)生的機(jī)理、傳播途徑及有效抑制干擾的方法。
1．變頻器諧波產(chǎn)生機(jī)理
變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號(hào)，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，對(duì)于GTR大功率逆變?cè)銹WM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。
2．抑制諧波干擾常用的方法
諧波的傳播途徑是傳導(dǎo)和輻射，解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把傳導(dǎo)的高頻電流濾掉或者隔離；解決輻射干擾就是對(duì)輻射源或被干擾的線路進(jìn)行屏蔽。具體常用方法：(1)變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立，或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器，切斷諧波電流。(2)在變頻器輸入側(cè)與輸出側(cè)串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成必須是LC型，吸收諧波和增大電源或負(fù)載的阻抗，達(dá)到抑制諧波的目的。(3)電動(dòng)機(jī)和變頻器之間電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或用鎧裝電纜，并與其他弱電信號(hào)在不同的電纜溝分別敷設(shè)，避免輻射干擾。(4)信號(hào)線采用屏蔽線，且布線時(shí)與變頻器主回路控制線錯(cuò)開一定距離(至少20cm以上)，切斷輻射干擾。(5)變頻器使用專用接地線，且用粗短線接地，鄰近其他電器設(shè)備的地線必須與變頻器配線分開，使用短線。這樣能有效抑制電流諧波對(duì)鄰近設(shè)備的輻射干擾。
3．抑制諧波干擾實(shí)例
例1，某變頻切換控制系統(tǒng)，變頻器啟動(dòng)運(yùn)行正常，而鄰近液位計(jì)讀數(shù)偏高，一次表輸入4mA時(shí)，液位顯示不是下限值；液位未到設(shè)定上限值時(shí)，液位計(jì)卻顯示上限，致使變頻器接收停機(jī)指令，迫使變頻器停止運(yùn)行。
這顯然是變頻器的高次諧波干擾液位計(jì)，干擾傳播途徑是液位計(jì)的電源回路或信號(hào)線。解決辦法：將液位計(jì)的供電電源取自另一供電變壓器，諧波干擾減弱，再將信號(hào)線穿入鋼管敷設(shè)，并與變頻器主回路線隔開一定距離，經(jīng)這樣處理后，諧波干擾基本抑制，液位計(jì)工作恢復(fù)正常。
例2，某變頻控制液位顯示系統(tǒng)，液位計(jì)與變頻器在同一個(gè)柜體安裝，變頻器工作正常，而液位計(jì)顯示不準(zhǔn)且不穩(wěn)，起初我們懷凝一次表、二次表、信號(hào)線及流體介質(zhì)有問題，更換所有這些儀表、信號(hào)電纜，并改善流體特性，故障依然存在，而這故障就是變頻器的高次諧波電流通過輸出回路電纜向外輻射，傳遞到信號(hào)電纜，引起干擾。
解決辦法：液位計(jì)信號(hào)線及其控制線與變頻器的控制線及主回路線分開一定距離，且柜體外信號(hào)線穿入鋼管敷設(shè)，外殼良好接地，故障排除。例3，某變頻控制系統(tǒng)，由兩臺(tái)變頻器組成，且在同一柜體內(nèi)，變頻器調(diào)頻方式均為電位器手調(diào)方式，運(yùn)行某一臺(tái)變頻器時(shí)，工作正常，兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，頻率互相干擾，即調(diào)節(jié)一臺(tái)變頻器的電位器對(duì)另一臺(tái)變頻器的頻率有影響，反過來也一樣。開始我們認(rèn)為是電位器及控制線故障，排除這種可能后，斷定是諧波干擾引起。
解決辦法：把其中一只電位器移到其他柜體固定，且引線用屏蔽信號(hào)線，結(jié)果干擾減弱。為了徹底抑制干擾，重新加工一個(gè)電控柜，并與原柜體一定距離放置，把其中的一臺(tái)變頻器移到該電控柜，相應(yīng)的接線及引線作必要的改動(dòng)，這樣處理后，干擾基本消除，故障排除。例4，某變頻控制系統(tǒng)，切換兩套機(jī)泵，原先機(jī)泵是靠自耦降壓?jiǎn)?dòng)工頻運(yùn)行正常，現(xiàn)改為變頻運(yùn)行，雖能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻減速功能，但變頻器輸出端到電動(dòng)機(jī)間的輸出線嚴(yán)重發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)外殼溫升加重，經(jīng)常出現(xiàn)保護(hù)跳閘。這是由于變頻器輸出電壓和電流信號(hào)中包含PWM高次諧波，而諧波電流在輸出導(dǎo)線和電動(dòng)機(jī)繞線上形成附加功率損耗。
解決辦法：把變頻器輸入線與輸出線分開，分別走各自的電纜溝，選用大一號(hào)截面的電纜換原先電纜，輸出端與電動(dòng)機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度盡可能短。這樣處理后，發(fā)熱故障排除。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種變頻器高次諧波干擾，基本上都能照以上介紹的方法順利抑制，但對(duì)諧波成分及幅度要求很嚴(yán)的設(shè)備，徹底抑制高次諧波干擾非常困難，有待進(jìn)一步攻關(guān)解決。
1．變頻器諧波產(chǎn)生機(jī)理
變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號(hào)，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，對(duì)于GTR大功率逆變?cè)銹WM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。
2．抑制諧波干擾常用的方法
諧波的傳播途徑是傳導(dǎo)和輻射，解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把傳導(dǎo)的高頻電流濾掉或者隔離；解決輻射干擾就是對(duì)輻射源或被干擾的線路進(jìn)行屏蔽。具體常用方法：(1)變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立，或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器，切斷諧波電流。(2)在變頻器輸入側(cè)與輸出側(cè)串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成必須是LC型，吸收諧波和增大電源或負(fù)載的阻抗，達(dá)到抑制諧波的目的。(3)電動(dòng)機(jī)和變頻器之間電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或用鎧裝電纜，并與其他弱電信號(hào)在不同的電纜溝分別敷設(shè)，避免輻射干擾。(4)信號(hào)線采用屏蔽線，且布線時(shí)與變頻器主回路控制線錯(cuò)開一定距離(至少20cm以上)，切斷輻射干擾。(5)變頻器使用專用接地線，且用粗短線接地，鄰近其他電器設(shè)備的地線必須與變頻器配線分開，使用短線。這樣能有效抑制電流諧波對(duì)鄰近設(shè)備的輻射干擾。
3．抑制諧波干擾實(shí)例
例1，某變頻切換控制系統(tǒng)，變頻器啟動(dòng)運(yùn)行正常，而鄰近液位計(jì)讀數(shù)偏高，一次表輸入4mA時(shí)，液位顯示不是下限值；液位未到設(shè)定上限值時(shí)，液位計(jì)卻顯示上限，致使變頻器接收停機(jī)指令，迫使變頻器停止運(yùn)行。
這顯然是變頻器的高次諧波干擾液位計(jì)，干擾傳播途徑是液位計(jì)的電源回路或信號(hào)線。解決辦法：將液位計(jì)的供電電源取自另一供電變壓器，諧波干擾減弱，再將信號(hào)線穿入鋼管敷設(shè)，并與變頻器主回路線隔開一定距離，經(jīng)這樣處理后，諧波干擾基本抑制，液位計(jì)工作恢復(fù)正常。
例2，某變頻控制液位顯示系統(tǒng)，液位計(jì)與變頻器在同一個(gè)柜體安裝，變頻器工作正常，而液位計(jì)顯示不準(zhǔn)且不穩(wěn)，起初我們懷凝一次表、二次表、信號(hào)線及流體介質(zhì)有問題，更換所有這些儀表、信號(hào)電纜，并改善流體特性，故障依然存在，而這故障就是變頻器的高次諧波電流通過輸出回路電纜向外輻射，傳遞到信號(hào)電纜，引起干擾。
解決辦法：液位計(jì)信號(hào)線及其控制線與變頻器的控制線及主回路線分開一定距離，且柜體外信號(hào)線穿入鋼管敷設(shè)，外殼良好接地，故障排除。例3，某變頻控制系統(tǒng)，由兩臺(tái)變頻器組成，且在同一柜體內(nèi)，變頻器調(diào)頻方式均為電位器手調(diào)方式，運(yùn)行某一臺(tái)變頻器時(shí)，工作正常，兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，頻率互相干擾，即調(diào)節(jié)一臺(tái)變頻器的電位器對(duì)另一臺(tái)變頻器的頻率有影響，反過來也一樣。開始我們認(rèn)為是電位器及控制線故障，排除這種可能后，斷定是諧波干擾引起。
解決辦法：把其中一只電位器移到其他柜體固定，且引線用屏蔽信號(hào)線，結(jié)果干擾減弱。為了徹底抑制干擾，重新加工一個(gè)電控柜，并與原柜體一定距離放置，把其中的一臺(tái)變頻器移到該電控柜，相應(yīng)的接線及引線作必要的改動(dòng)，這樣處理后，干擾基本消除，故障排除。例4，某變頻控制系統(tǒng)，切換兩套機(jī)泵，原先機(jī)泵是靠自耦降壓?jiǎn)?dòng)工頻運(yùn)行正常，現(xiàn)改為變頻運(yùn)行，雖能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻減速功能，但變頻器輸出端到電動(dòng)機(jī)間的輸出線嚴(yán)重發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)外殼溫升加重，經(jīng)常出現(xiàn)保護(hù)跳閘。這是由于變頻器輸出電壓和電流信號(hào)中包含PWM高次諧波，而諧波電流在輸出導(dǎo)線和電動(dòng)機(jī)繞線上形成附加功率損耗。
解決辦法：把變頻器輸入線與輸出線分開，分別走各自的電纜溝，選用大一號(hào)截面的電纜換原先電纜，輸出端與電動(dòng)機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度盡可能短。這樣處理后，發(fā)熱故障排除。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種變頻器高次諧波干擾，基本上都能照以上介紹的方法順利抑制，但對(duì)諧波成分及幅度要求很嚴(yán)的設(shè)備，徹底抑制高次諧波干擾非常困難，有待進(jìn)一步攻關(guān)解決。
文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
你可能感興趣的文章
服務(wù)咨詢