富凌變頻器應(yīng)用中抗干擾問題的探討

圖4 輸出電壓與電流的波形

(2) 輸出電壓與電流的波形
　　變頻器的逆變橋大多采用spwm技術(shù)，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形波，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且?guī)в信c開關(guān)頻率相應(yīng)的高次諧波群，如圖4a)所示。其高載波頻率和場控開關(guān)器件的高速切換(dv/dt可達(dá)1kv/μs以上)所引起的輻射干擾相當(dāng)突出。

3 電磁干擾的傳播途徑
　　變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對系統(tǒng)其他設(shè)備干擾性較強(qiáng)。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑一樣，有電磁輻射、電路耦合、感應(yīng)耦合等^[1]，現(xiàn)分析如下。
3.1 電磁輻射
　　變頻器對電網(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波對接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。當(dāng)變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強(qiáng)度與干擾信號的波長有關(guān)，當(dāng)孔洞的大小與電磁波的波長接近時(shí)，會形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場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干擾變頻器的正常工作。
3.2 電路耦合
　　上述的電磁干擾除了通過與其相連的導(dǎo)線向外部發(fā)射，還可以通過阻抗耦合或接地回路耦合，將干擾信號帶入其它電路。比較典型的傳播途徑是：接自工業(yè)低壓網(wǎng)絡(luò)的變頻器所產(chǎn)生的干擾信號可沿著配電變壓器進(jìn)入中壓網(wǎng)絡(luò)，并沿著其它的配電變壓器最終又進(jìn)入民用低壓配電網(wǎng)絡(luò)，使接自民用配電母線的電氣設(shè)備成為遠(yuǎn)程的受害者。
3.3 感應(yīng)耦合
　　當(dāng)變頻器輸入或輸出電路與其它設(shè)備的電路很近時(shí)，變頻器的高次諧波信號可通過感應(yīng)的方式耦合到其它設(shè)備中去。其中電流干擾信號主要以電磁感應(yīng)方式傳播，電壓干擾信號主要以靜電感應(yīng)方式傳播。

4 抗電磁干擾的措施及注意事項(xiàng)
　　為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，總的原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性，可從“抗”和“防”兩方面入手采取措施抑制干擾^[2]。
4.1 正確安裝、合理布線
　　變頻器對安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用手冊對環(huán)境溫度、通風(fēng)、濕度、海拔高度都有明確規(guī)定。以下幾個(gè)方面的安裝工藝要求值得注意：
(1) 確保控制柜中的所有設(shè)備接地良好，應(yīng)該使用短、粗的接地線(最好采用扁平導(dǎo)體或金屬網(wǎng)，因其在高頻時(shí)阻抗較低)連接到公共地線上。按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其接地電阻應(yīng)小于4歐姆。另外與變頻器相連的控制設(shè)備(如plc或pid控制儀)要與其共地。
(2) 安裝布線時(shí)將電源線和控制電纜分開，其它設(shè)備的電源線和信號線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線，例如使用獨(dú)立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉，應(yīng)成90°交叉布線。
(3) 使用屏蔽導(dǎo)線或雙絞線連接控制電路時(shí)，確保未屏蔽之處盡可能短，條件允許時(shí)應(yīng)采用電纜套管。
(4) 確?？刂乒裰械慕佑|器有滅弧功能，交流接觸器采用r-c抑制器，也可采用壓敏電阻抑制器，如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的，這一點(diǎn)特別重要。
(5) 所有的電源線和信號線都應(yīng)盡量屏蔽，用屏蔽和鎧裝電纜作為電機(jī)接線時(shí)，要將屏蔽層雙端接地。
(6) 如果變頻器運(yùn)行在對噪聲敏感的環(huán)境中，可以采用rfi濾波器減小來自變頻器的傳導(dǎo)和輻射干擾。為達(dá)到最優(yōu)效果，濾波器與安裝金屬板之間應(yīng)有良好的導(dǎo)電性。
4.2 加入電抗器
　　在變頻器的輸入電流中，頻率較低的諧波分量(5、7、9、11、13次諧波等)所占的比重比較高，這些諧波除了可能干擾其它設(shè)備的正常運(yùn)行外，還消耗大量的無功功率，使線路的功率因數(shù)降低。在輸入電路中串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法，如圖5所示。根據(jù)接線位置不同，分以下兩種：

圖5 變頻器中串入電抗器

(1) 交流電抗器
　　交流電抗器串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間，如圖5中l(wèi)a所示，其作用是抑制諧波電流、　提高功率因數(shù)、削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊、削弱電源電壓不平衡等。
(2) 直流電抗器
　　直流電抗器串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間，如圖5中的ld，其作用是削弱輸入電流中的高次諧波成分并可提高功率因數(shù)。
　　4.3 加入濾波器
　　如圖6所示，為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側(cè)可設(shè)置輸出濾波器；為減少對電源的干擾，可在變頻器輸入側(cè)設(shè)置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設(shè)備，可在電源線上設(shè)置電源噪聲濾波器，抗傳導(dǎo)干擾。

圖6 濾波器接法