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        變頻器電磁干擾問題分析及解決方法

        發(fā)布時(shí)間:2014-11-27 09:15:18瀏覽次數(shù):2319

              由于用戶已試用了一臺(tái)變頻器,根據(jù)更換皮帶輪,調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速,對(duì)用變頻器節(jié)能已有一定的認(rèn)識(shí),因此決定安裝我公司的變頻器,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的目的。
          我們?cè)诘谝淮伟惭b變頻器時(shí),由于未考慮到電磁兼容的嚴(yán)重性,變頻器開機(jī)后干擾原控制系統(tǒng),在微機(jī)上多臺(tái)發(fā)酵罐發(fā)出報(bào)警信號(hào),后來加了輸入、輸出電抗器,也沒能解決問題。后來我們觀察用戶原應(yīng)用的變頻器,他采用了濟(jì)南菲奧特電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的變頻器輸入端及輸出端專用電源濾波器,已正常運(yùn)行一年,于是制藥廠建議我公司購買該類同型號(hào)的電源濾波器。
          變頻器輸入端電源濾波器是采用高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁心及鐵粉芯,配接一定的電容,構(gòu)成LC濾波器,將變頻器產(chǎn)生的高次諧波(在某一頻帶內(nèi)的)濾掉,而使臨近或同一電網(wǎng)工作的電器設(shè)備不受干擾,能夠正常工作。其原理圖如圖1所示。


          
                                                                    圖1 輸入濾波器電路原理圖
          變頻器輸出端電源濾波器采用電感(L)濾波,抑制變頻器輸出的傳導(dǎo)干擾和減少輸出線上低頻輻射干擾,使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)電磁噪聲減小,使電機(jī)的銅損、鐵損大幅減少。其原理圖如圖2所示。


                                                                     圖2 輸出濾波器電路原理圖
         
         購買了該類濾波器后,我們?nèi)ガF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)試。由于對(duì)該類現(xiàn)場(chǎng)接觸較少,技術(shù)人員準(zhǔn)備不太充分,雖然增加了濾波器,但濾波效果仍不理想,在重載時(shí)仍存在干擾,DCS系統(tǒng)不能正常工作,變頻器仍無法運(yùn)行。于是我們對(duì)問題做了具體的分析。
          變頻器產(chǎn)生干擾的原因


          
                                                                            圖3 變頻器主電路圖
          變頻器主電路一般是交流—直流—交流模式見圖3,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)?,其PWM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。
          變頻器干擾的主要傳播途徑
          變頻器工作時(shí),作為一個(gè)強(qiáng)大的干擾源,其干擾途徑一般分為輻射、傳導(dǎo)、電磁耦合、二次輻射和邊傳導(dǎo)邊輻射等。主要途徑如圖4所示:


                                                                圖4變頻器干擾的主要傳播途徑
          從上圖可以看出,變頻器產(chǎn)生的輻射干擾對(duì)周圍的無線電接收設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響,傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲,使得銅損、鐵損大幅增加,同時(shí)傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對(duì)電源輸入端所連接或鄰近的電子敏感設(shè)備有很大的影響。
          針對(duì)這兩次調(diào)試情況和變頻器產(chǎn)生干擾及干擾的途徑,我們聯(lián)合電源濾波器生產(chǎn)廠商的工程師進(jìn)行了分析總結(jié),并與北京康拓生物工程有限公司的工程師多次進(jìn)行了電話溝通,了解了其工作原理、布線情況,分析認(rèn)為主要還是變頻器輸入端產(chǎn)生的高頻諧波造成的干擾。因裝變頻器后,變頻器的輸入線在原動(dòng)力線槽內(nèi),而輸出線不在線槽內(nèi),離電機(jī)也比較近。再者,原布線系統(tǒng)不太合理,動(dòng)力線槽與控制線槽距離較近,只有20cm,按規(guī)定應(yīng)不少于50cm,且兩線槽平行走線,這些都是比較忌諱的。變頻器的地線接的也不太合理,接在了電源線的走線槽上,線槽的作用一是支撐電源線、二是起屏蔽的作用,變頻器的干擾又通過地線到了線槽上。變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過變頻器的輸入線和地線輻射到其它設(shè)備的電源線和信號(hào)線上(尤其是比較敏感的傳感器的信號(hào)線。這里強(qiáng)調(diào)一點(diǎn):我們的變頻器與DCS控制系統(tǒng)不是同一臺(tái)變壓器給電,可以排除直接傳導(dǎo)干擾),干擾了控制系統(tǒng)的正常工作。
          分析這些問題,由于原布線系統(tǒng)已成定型,再動(dòng)幾乎是不可能,因此改變電源線和信號(hào)線布線的想法應(yīng)予以排除,變頻器地線可以另走,拉一根地線直接接至配電室電控柜的地線上,對(duì)變頻器的輸入端再加強(qiáng)濾波措施,按理論問題應(yīng)于解決。
        在現(xiàn)場(chǎng)原發(fā)酵罐停車后,我們?cè)谠瓰V波器基礎(chǔ)上又增加了一套共模及差模磁環(huán),在輸入、輸出每相線上各套二個(gè)差模環(huán),在輸入的三根相線上套兩個(gè)共模磁環(huán),并將地線接至配電室的地上。這樣處理后開機(jī)運(yùn)行,在電機(jī)空載的情況下運(yùn)行正常,沒有出現(xiàn)干擾報(bào)警現(xiàn)象。
          帶載運(yùn)行時(shí),305、307罐出現(xiàn)干擾報(bào)警。將地線改至控制307罐(該罐已使用變頻器,線槽內(nèi)走的是該變頻器的輸出線)變壓器的地線上,305罐不再干擾報(bào)警,但307罐仍間隔幾分鐘出現(xiàn)干擾報(bào)警現(xiàn)象,分析可能是兩臺(tái)變頻器產(chǎn)生的共模干疊加所至,也可能是地線放在動(dòng)力線槽內(nèi),走線較長引起的,于是在地線上加裝地線濾波器,但效果也不太好。后來將地線拆除(經(jīng)測(cè)量變頻器整機(jī)漏電流很小,對(duì)人體不會(huì)造成危害,所以可以將地線拆除),效果好一些,但報(bào)警現(xiàn)象也是間斷出現(xiàn),這樣分析應(yīng)該不是地線引起的,還是輸入端的濾波措施不夠,沒有將高頻干擾濾除干凈。因此停機(jī),在輸入的每相線上再加兩只差模環(huán),在三條輸入相線上再套三個(gè)共模環(huán),這樣開機(jī)運(yùn)行,工作正常,整個(gè)系統(tǒng)不再出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。系統(tǒng)處理后的框圖如圖5所示。


          

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