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，當諧波較大時，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，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，對減少諧波有利，所以適當提高載波頻率，對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，諧波的絕對值增加，但相對50 Hz的相對值是減小的。

 

 

(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，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)當配電變壓器接有功率因數(shù)補償電容時，或有晶閘管(SCR)整流裝置時，對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對抑制5耀19 次諧波效果很顯著，一般選用時使電抗器上的電壓降約在額定電壓的3%為宜。當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，抑制電動機的電壓波動效應(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對輸入電流有何影響?

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

(8)采用電源匹配電感后，對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，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，要求較低時選用。

依功率不同及配線線徑大小，可選用適當?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。而當配線太粗，無法卷繞時，也可將各相配線依同方向，以直接貫穿方式，同時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，也可抑制外界無線電干擾以及瞬時沖擊，浪涌對電機的干擾。

 

 

(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。當變頻器容量大于等于22 kW 時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選用。

 

 

 

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(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)電動機電纜線、電源線、接地線的傳導向外傳播的。當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，而電動機的功率為幾十到幾百千瓦時，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)弱信號模擬測量電路，如熱電偶、熱敏電阻、應(yīng)變片、化學pH值測量等。

2)模擬測量電路測量信號雖大于1 V，但當引線較長或要求分辨率達0.1%時。

3)頻帶較寬的模擬信號電路，如音頻電器等。

4)視頻電路，如閉路電視、計算機顯示器等。

5)數(shù)據(jù)傳輸線未加屏蔽或布線不適當時(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。

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

當兩者平行長度大于1 m時，信號線與電源線的距離小于300 mm;當平行長度為1耀10 m時，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)采用屏蔽信號線，但不包括與變頻器相接的信號線。

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，電動機電纜(四芯電纜)中地線的兩端應(yīng)分別接到變頻器和電動機接地端，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。但當供電電路中接有其他易受電磁干擾設(shè)備或屏蔽的電動機電纜長度超過40 m或非屏蔽的電動機電纜長度超過10 m，造成電源線中電磁波干擾電壓增高時，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。電動機的出線從鐵氧體環(huán)中穿過，使穿過部分導線的阻抗局部增大，阻止電磁干擾電源通過。如將導線在環(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?shù)剡x取，做到兩者兼顧。當電動機功率較大，出線又長，為減小干擾影響，可適當降低載頻，這樣對抑制電磁干擾較為有利。變頻器與電動機距離及選用載波頻率如表6所列。

 

 

于屏蔽電動機電纜此法是有效的。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機的接地端且兩端都要接地。當易受干擾的電路或裝置遠離，但兩者電路布線同槽或同溝時，一般每平行10 m長度，至少要用1 m的間距。

電磁干擾嚴重的現(xiàn)場，屏蔽層只能在電動機處接地，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，小于這個距離或?qū)芪⑷跣盘柸钥赡苡杏绊憰r，可采取以下措施：

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

于變頻器單獨電源供電，對特別敏感的裝置可采用加一個隔離變壓器或開關(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)單獨保護接地。

(5)隔離變壓器、開關(guān)電源、UPS 不間斷電源的作用是什么?

變頻器在自動控制中往往要配置一定的外圍設(shè)備，尤其當閉環(huán)控制時更是如此，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。

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電源先進入隔離變壓器，其輸出再進二次儀表輸入端，這樣能有效隔離諧波進入二次儀表，效果較好，如圖9 所示。

 

 

在要求更高時，亦可采用開關(guān)電源及UPS 供電，目前都可市場現(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雜，而噪聲濾波器通常用3個電容器即可。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系統(tǒng)。

在逆變器輸出側(cè)采用濾波器帶來一些實際的問題有：

淤增加了變頻器的價格。

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，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：當受干擾設(shè)備為大容量電子設(shè)備時，在變頻器的輸入側(cè)接入交流電抗器;當受干擾設(shè)備為小容量電子儀器時，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)該遠離變頻器的主電路，使它們不受主線路電磁場的影響，各種設(shè)備的控制線不要和變頻器的主電路平行;模擬量控制信號大多是直流信號，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削弱或消除;使信號線相絞，因為感應(yīng)電動勢都呈回路狀，信號線相絞后，可使相鄰兩個“絞圈”內(nèi)的感應(yīng)電動勢互相抵消;采用屏蔽線。

(11)變頻器相互間是否干擾?

多臺變頻器之間也可能互相干擾，一般說來，大致有兩種情況：

1)多臺變頻器在同一控制柜中。同一控制柜內(nèi)多臺變頻器相互干擾的結(jié)果往往是各臺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。控制柜內(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。多臺變頻器在同一電路中時，容易使線路電壓的波形發(fā)生畸變，導致變頻器因“過壓”或“欠壓”而誤動作(跳閘)。具體情況也有兩種。

淤變頻器容量大、臺數(shù)少。大容量變頻器在運行時，線路電壓有可能發(fā)生嚴重畸變。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、臺數(shù)多。當線路中有很多小容量變頻器同時運行時，線路電壓的波形雖不一定發(fā)生嚴重畸變，但有許多維持時間很短(滋s 級)的“毛刺”，導致各變頻器不規(guī)則跳閘。解決的方法最好是在每個變頻器的輸入側(cè)都接濾波器;也可以通過預置變頻器的“重合閘”功能來防止變頻器停機。