第2講抑制或削弱諧波及變頻器電磁干擾的方法

1 抑制或削弱諧波影響的方法

(1)為什么提高載波頻率可抑制或削弱諧波?

變頻器的載波頻率是可調(diào)的，一般2耀16 kHz，當(dāng)諧波較大時(shí)，盡可能提高載波頻率，尤其是國產(chǎn)變頻器。一般出廠值載波頻率都設(shè)置在較低值，目的是為了減少IGBT的功耗。例載波頻率從2 kHz提高到16 kHz 時(shí)，即增加8 倍，功耗約增加2耀2.5倍，而發(fā)熱量增加4耀6.25 倍，當(dāng)載波頻率提高后，輸出電流波形正弦性能變好，毛刺減少，波形光滑，對(duì)減少諧波有利，所以適當(dāng)提高載波頻率，對(duì)抑制或減少諧波有利。

(2)如何提高變頻器輸出頻率來減少諧波?

輸出頻率提高對(duì)減少諧波影響有利，只要使用許可，盡可能提高輸出頻率，具體參考見表1.

隨輸出頻率提高，諧波的絕對(duì)值增加，但相對(duì)50 Hz的相對(duì)值是減小的。

 

 

(3)加輸入交流電抗器能否削弱變頻器輸入端的諧波?

交流電抗器串接于三相輸入電路中的濾波效果不是很好，用后能將cos漬提高到0.75耀0.85。

1)當(dāng)電壓為380 V，變壓器容量在500 kV·A以上，或大于變頻器容量的10 倍時(shí)，配電變壓器容量及變頻器容量與選用交流電抗器的關(guān)系如圖1 所示。

 

 

2)電源輸出電壓三相不平衡率大于3豫。

3)當(dāng)配電變壓器接有功率因數(shù)補(bǔ)償電容時(shí)，或有晶閘管(SCR)整流裝置時(shí)，對(duì)6 脈沖整流器，電抗器LAC 安裝與否的比較，如圖2 所示。LAC 電抗值的大小與各次諧波電流的關(guān)系如圖3 所示。

從圖3可見LAC對(duì)抑制5耀19 次諧波效果很顯著，一般選用時(shí)使電抗器上的電壓降約在額定電壓的3%為宜。當(dāng)然也可串接于變頻器的輸出電路中，它的作用主要是抑制變頻器的發(fā)射干擾和感應(yīng)干擾，抑制電動(dòng)機(jī)的電壓波動(dòng)效應(yīng)，其配置方式為額定功率臆18.5 kW 的變頻器，一般內(nèi)置;額定功率逸22 kW 的變頻器，一般外置，也有需要另外配置的情況。

 

 

 

 

(4)如何選擇交流電抗器參數(shù)?

交流電抗器數(shù)據(jù)如表2所列。

 

 

(5)直流電抗器的作用如何?

直流電抗器串接于整流橋和濾波電容之間，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小(單相)，濾波效果好，可使cos漬提高到0.95。其裝置方式有內(nèi)置及另配兩種方式。裝直流電抗器后，輸入側(cè)諧波電流明顯下降，基波電流也增加，如圖4(c)所示。

 

 

(6)直流電抗器都有哪些參數(shù)?

直流電抗器數(shù)據(jù)如表3所列。

 

 

(7)交流電抗器XL對(duì)輸入電流有何影響?

接入電抗器時(shí)輸入電流波形及接入交流電抗器和直流電抗器時(shí)的變頻器電路如圖4 所示。

(8)采用電源匹配電感后，對(duì)輸入電路的特性有何改善?

采用電源匹配電感器后電源改善特性如表4所列，此裝置成本較高，性能較佳，一般裝于輸入端最前面。從表4看出，變頻器功率臆75 kW 時(shí)，輸入電流減小功率因數(shù)提高，二者效果比較明顯。

(9)零序噪聲濾波器如何使用?

降低無線電干擾的零序電抗器FL-Z，可分別裝于輸入端及輸出端，要求較低時(shí)選用。

依功率不同及配線線徑大小，可選用適當(dāng)?shù)牧阆嘈蛟肼暈V波器。利用零相序噪聲濾波器的高衰減特性(由調(diào)幅頻域100 kHz耀50 MHz 均有很高的衰減特性)，可有效抑制變頻器對(duì)外所產(chǎn)生的輻射干擾。零序噪聲濾波器，可使用在變頻器的輸入側(cè)或輸出側(cè)，使用時(shí)可將各相配線依同一方向繞幾圈，所繞圈數(shù)越多，效果越佳。而當(dāng)配線太粗，無法卷繞時(shí)，也可將各相配線依同方向，以直接貫穿方式，同時(shí)串列幾組零相序噪聲濾波器。

(10)無線電噪聲濾波器的作用如何?

無線電噪聲濾波器用于抑制變頻器產(chǎn)生的電磁干擾噪聲的傳導(dǎo)，也可抑制外界無線電干擾以及瞬時(shí)沖擊，浪涌對(duì)電機(jī)的干擾。

 

 

(11)使用電源高通濾波器要注意什么?

一般高通式輸入C-L-C 濾波電路，它是串接于電源端子上的，見圖5。高通式輸出L-R-C 濾波電路，它是串接于輸出電路中的，見圖6。注意兩者不能接錯(cuò)。當(dāng)變頻器容量大于等于22 kW 時(shí)一般選用并接方式的電源濾波器。電源濾波器在要求較高時(shí)選用。

 

 

 

[!--empirenews.page--]

 

(12)怎樣選擇電源高通濾波器的參數(shù)?

電源濾波器選擇如表5 所列。

 

 

2 抑制變頻器的電磁干擾

(1)什么情況下要抑制變頻器的電磁干擾?

應(yīng)用變頻器的輸入、輸出都是要產(chǎn)生諧波的，尤其是對(duì)輸出干擾影響較大。變頻器產(chǎn)生的電磁干擾能量主要是經(jīng)電動(dòng)機(jī)電纜線、電源線、接地線的傳導(dǎo)向外傳播的。當(dāng)變頻器容量大于等于電源變壓器容量的10%，且輸出線路長度大于100 m及附近有較高敏感度的電子器件、儀表等設(shè)備，而電動(dòng)機(jī)的功率為幾十到幾百千瓦時(shí)，電磁干擾問題就不可忽視了，必須采取一定的有效抑制方法(電磁兼容性EMC)，方可使變頻器和其他設(shè)備互不影響。

(2)易受電磁干擾影響的電氣設(shè)備有哪些?

1)弱信號(hào)模擬測(cè)量電路，如熱電偶、熱敏電阻、應(yīng)變片、化學(xué)pH值測(cè)量等。

2)模擬測(cè)量電路測(cè)量信號(hào)雖大于1 V，但當(dāng)引線較長或要求分辨率達(dá)0.1%時(shí)。

3)頻帶較寬的模擬信號(hào)電路，如音頻電器等。

4)視頻電路，如閉路電視、計(jì)算機(jī)顯示器等。

5)數(shù)據(jù)傳輸線未加屏蔽或布線不適當(dāng)時(shí)(但一般RS232、RS485通信及Ethernet網(wǎng)都有良好的抗干擾性)。

6)采用高頻振蕩器的接近傳感器，尤其是電容類型的。

7)無線電通信設(shè)備。

(3)有效抑制電磁干擾的措施有哪些?

1)一般措施如下。

淤信號(hào)線信號(hào)線不能與未屏蔽的電動(dòng)機(jī)電纜或未經(jīng)濾波的電源線相平行。一般有以下規(guī)則：

當(dāng)兩者平行長度大于1 m時(shí)，信號(hào)線與電源線的距離小于300 mm;當(dāng)平行長度為1耀10 m時(shí)，兩者距離大于300 mm;如果平行長度大于10 m，則兩者距離應(yīng)成比例增大，如果平行長度為40 m，則兩者距離應(yīng)為40/10伊0.3 m越1.2 m。信號(hào)線與變頻器的距離至少為300 mm。如果距離過近，應(yīng)采用屏蔽信號(hào)線，但不包括與變頻器相接的信號(hào)線。

于接地變頻器控制柜應(yīng)裝有公共接地母線，如圖7 所示。電源地及其他電路的地都應(yīng)接公共接地端，變頻器本身的接地端不能作為公共接地端，電動(dòng)機(jī)電纜(四芯電纜)中地線的兩端應(yīng)分別接到變頻器和電動(dòng)機(jī)接地端，變頻器的控制端與其他電路應(yīng)通過0 V端子共地，變頻器輸入端接地線應(yīng)盡可能短。如果要求控制電路與地隔離可通過一只100 滋F 電容器接地或采用屏蔽線且屏蔽層接地。

盂電源濾波器一般情況下，變頻器可以不裝電源濾波器。但當(dāng)供電電路中接有其他易受電磁干擾設(shè)備或屏蔽的電動(dòng)機(jī)電纜長度超過40 m或非屏蔽的電動(dòng)機(jī)電纜長度超過10 m，造成電源線中電磁波干擾電壓增高時(shí)，應(yīng)裝電源濾波器。

圖8 為一種低成本的電磁干擾抑制方法。電源側(cè)電容器使流入電源線的電磁干擾電流降為原來的1/10 或更少。電容器應(yīng)盡可能靠近變頻器，且接線要短。電動(dòng)機(jī)的出線從鐵氧體環(huán)中穿過，使穿過部分導(dǎo)線的阻抗局部增大，阻止電磁干擾電源通過。如將導(dǎo)線在環(huán)上繞幾圈，則總的電感和阻抗值將隨圈數(shù)二次方而增大，一般以2耀3 圈為宜。

注意接地線必須環(huán)外。

 

 

 

 

2)強(qiáng)化措施如下。

淤降低載波頻率雖然是載頻高，干擾大，但電流波形好，噪聲小，所以可適當(dāng)?shù)剡x取，做到兩者兼顧。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率較大，出線又長，為減小干擾影響，可適當(dāng)降低載頻，這樣對(duì)抑制電磁干擾較為有利。變頻器與電動(dòng)機(jī)距離及選用載波頻率如表6所列。

 

 

于屏蔽電動(dòng)機(jī)電纜此法是有效的。用四芯電纜一芯接地或屏蔽電纜(鎧裝)或輸出電纜穿鐵管并接地，但屏蔽層應(yīng)分別接變頻器和電動(dòng)機(jī)的接地端且兩端都要接地。當(dāng)易受干擾的電路或裝置遠(yuǎn)離，但兩者電路布線同槽或同溝時(shí)，一般每平行10 m長度，至少要用1 m的間距。

電磁干擾嚴(yán)重的現(xiàn)場(chǎng)，屏蔽層只能在電動(dòng)機(jī)處接地，阻止50 Hz 環(huán)流的形成，而另一端可用一只1 滋F、250 V的電容器串接后再接地。

猿)對(duì)電磁干擾非常敏感裝置的措施如下。

一般情況下，在距離變頻器10 m處能無干擾，小于這個(gè)距離或?qū)芪⑷跣盘?hào)仍可能有影響時(shí)，可采取以下措施：

淤除安裝制造廠提供的符合標(biāo)準(zhǔn)的濾波器外，也可選用由兩級(jí)LC 電路構(gòu)成的濾波器，這對(duì)抑制100 kHz耀300 MHz 的電磁干擾更有效果。

于變頻器單獨(dú)電源供電，對(duì)特別敏感的裝置可采用加一個(gè)隔離變壓器或開關(guān)電源的供電方式。

(4)抑制共模干擾電壓的方法有哪些?

1)可增設(shè)共模扼流電抗，增加線路阻抗。

2)在串聯(lián)諧振電路中，插入阻尼電阻，成為共模變壓器CMT。

3)用EMI濾波器對(duì)變頻器輸出濾波器分流。

4)用共模電壓分壓方式。

5)利用濾波器產(chǎn)生與漏電流相位相反的電流，將其抵消。

6)利用有源噪聲消除器(ACC)，產(chǎn)生反相位電壓去抵消。

7)使用隔離變壓器。

8)使用電源濾波器。

9)使用不間斷電源UPS或EPS。

10)用開關(guān)電源等來減小消弱甚至抵消共模電壓，以減小其造成的影響程度。

11)采用絕緣型軸承。

12)單獨(dú)保護(hù)接地。

(5)隔離變壓器、開關(guān)電源、UPS 不間斷電源的作用是什么?

變頻器在自動(dòng)控制中往往要配置一定的外圍設(shè)備，尤其當(dāng)閉環(huán)控制時(shí)更是如此，常用的二次儀器、儀表其電源電壓多數(shù)是220 V的，即從三相四線中的相線L與中性線N得到，這樣諧波容易構(gòu)成回路，對(duì)二次儀表產(chǎn)生不良影響，主要表現(xiàn)在：

1)原設(shè)定值不穩(wěn)定，有上下波動(dòng)。

2)原設(shè)定值上升，尤其溫度控制儀表更加敏感，其他如調(diào)節(jié)器、傳感器等亦有反應(yīng)。

為改變此狀況，采用將單相220 V電源先進(jìn)入隔離變壓器，其輸出再進(jìn)二次儀表輸入端，這樣能有效隔離諧波進(jìn)入二次儀表，效果較好，如圖9 所示。

 

 

在要求更高時(shí)，亦可采用開關(guān)電源及UPS 供電，目前都可市場(chǎng)現(xiàn)購，只要提供輸入、輸出電壓及容量就可，如圖10所示。

 

 

(6)輸入濾波器與噪聲濾波器的區(qū)別是什么?

兩者都用于削弱頻率較高的諧波電流，防止通過電磁輻射干擾附近設(shè)備的工作。區(qū)別在于輸入濾波器的電路比較復(fù)雜，而噪聲濾波器通常用3個(gè)電容器即可。另外，輸入濾波器頻帶較寬，通常無線電調(diào)幅頻率到10 MHz，噪聲濾波器頻帶較窄，通常為1 MHz。

(7)正弦濾波器的作用是什么?

正弦濾波器的作用在于濾除在逆變器輸出的由PWM 載波頻率引起的諧波，從而使逆變器的輸出電壓為正弦波。這種類型的濾波器最適于低性能的傳動(dòng)系統(tǒng)。

在逆變器輸出側(cè)采用濾波器帶來一些實(shí)際的問題有：

淤增加了變頻器的價(jià)格。

于濾波器的功耗和濾波器電抗引起壓降。

盂由于在濾波器電感、電容和直流環(huán)節(jié)電容之間的環(huán)流，使得電力電子器件的額定值略有降低。

榆由于正弦波濾波器引起的延時(shí)，使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度變慢。

(8)怎樣防止諧波線路傳播引起的干擾?

諧波線路傳播常是比較主要的干擾途徑，防止的方法主要有：當(dāng)受干擾設(shè)備為大容量電子設(shè)備時(shí)，在變頻器的輸入側(cè)接入交流電抗器;當(dāng)受干擾設(shè)備為小容量電子儀器時(shí)，加入濾波電路，或隔離變壓器;采用正確的接地方法。

(9)怎樣防止電磁輻射引起的干擾?

主要方法有：加強(qiáng)變頻器、主電路及受干擾設(shè)備的屏蔽等;降低載波頻率;所有的金屬外殼，主電路的金屬管等，都必須良好接地;接濾波器。

(10)怎樣防止因感應(yīng)引起的干擾?

感應(yīng)干擾主要發(fā)生在各種設(shè)備的控制線路中，防止的方法有：正確布線，所有的控制線都應(yīng)該遠(yuǎn)離變頻器的主電路，使它們不受主線路電磁場(chǎng)的影響，各種設(shè)備的控制線不要和變頻器的主電路平行;模擬量控制信號(hào)大多是直流信號(hào)，故可以通過濾波和隔離的方法把由感應(yīng)引起的附加高頻信號(hào)削弱或消除;使信號(hào)線相絞，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)都呈回路狀，信號(hào)線相絞后，可使相鄰兩個(gè)“絞圈”內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)互相抵消;采用屏蔽線。

(11)變頻器相互間是否干擾?

多臺(tái)變頻器之間也可能互相干擾，一般說來，大致有兩種情況：

1)多臺(tái)變頻器在同一控制柜中。同一控制柜內(nèi)多臺(tái)變頻器相互干擾的結(jié)果往往是各臺(tái)變頻器都不能正常工作。大多屬于感應(yīng)干擾。解決的方法有：淤從控制線布線入手。使各變頻器控制線遠(yuǎn)離其他變頻器的主電路，防止與其他變頻器的主電路平行布線。

于從主電路入手?？刂乒駜?nèi)使用金屬配電板，所有變頻器的主電路都從板后走線，如圖11所示。

2)變頻器在同一電路中。多臺(tái)變頻器在同一電路中時(shí)，容易使線路電壓的波形發(fā)生畸變，導(dǎo)致變頻器因“過壓”或“欠壓”而誤動(dòng)作(跳閘)。具體情況也有兩種。

淤變頻器容量大、臺(tái)數(shù)少。大容量變頻器在運(yùn)行時(shí)，線路電壓有可能發(fā)生嚴(yán)重畸變。在這種情況下，所有變頻器都應(yīng)配置交流電抗器。

于變頻器容量小、臺(tái)數(shù)多。當(dāng)線路中有很多小容量變頻器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，線路電壓的波形雖不一定發(fā)生嚴(yán)重畸變，但有許多維持時(shí)間很短(滋s 級(jí))的“毛刺”，導(dǎo)致各變頻器不規(guī)則跳閘。解決的方法最好是在每個(gè)變頻器的輸入側(cè)都接濾波器;也可以通過預(yù)置變頻器的“重合閘”功能來防止變頻器停機(jī)。