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变频器干扰的产生及处理
2008-06-23 18:10
变频调速技术是近20年内发展起来的一门新技术，它利用电机的转速和输入电源的频率是线性关系这一原理,将50HZ的市电通过整流和逆变转换为频率可调的电源,供给异步电动机,实现调速的目的.由于变频器从低频(1-2HZ)起动到50HZ,可以消除以往工频50HZ直接起动对电机的冲击,延长电机的使用寿命,同时因为变频器的输出电压可以自适应调节,使负载电机可以工作在额定电压以下,不仅节能,而且可以延长电机的使用寿命.正是因为变频器的调速性和节能特点,它在各行业得到越来越广泛的应用,在提高生产效率,节约能源,提高经济效益的同时,也产生一系列不能忽视的干扰问题需要我们去解决.
由于变频器是通过CPU产生6组脉宽可调的SPWM波控制三相的6组功率元件导通/关断,从而形成电压、频率可调的三相输出电压，其输出电压和输出电流是由SPWM波和三角载波的交点产生的，不是标准的正旋波，包含较强的高次谐波成分，对同一电网上的其他设备产生很强的干扰，甚至造成不能使用；同时由于其他设备起动或工作时对电网造成冲击，如龙门刨起动时，或电网自身出现的电压波动、浪涌对变频器产生干扰，影响其正常工作，甚至造成变频器损坏。
大量应用事例证明，为了减少变频器对其他设备和电网的干扰，同时防止电网其他干扰源对变频器的干扰，用户不仅应该按照变频器生产厂家要求正确安装使用变频器，确保变频器及其他电气设备接地良好，注意接地不要形成环路，将动力线和控制信号线分开布线（不能平行排列），最好动力线穿铁管，同时铁管注意接地，使用屏蔽线或双绞线作为信号线，屏蔽层近端可靠接地，在安装时注意将易受干扰的电气设备远离变频器，需要在同一电气柜安装几个变频器时，变频器之间相隔一定距离，并排安装等，而且需要根据实际情况，在变频器的输入、输出端配置常用选件-滤波器、交流电抗器、平波电抗器、漏电保护器等抗干扰设备。
●交流电抗器
交流电抗器根据使用地方的不同分为输入电抗器和输出电抗器。
输入电抗器串联在电源进线与变频器输入侧（R、S、T），用于抑制输入电流的高次谐波，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数（提高到0.75-0.85）.
●输入电抗器
建议在下列情况下使用输入电抗器:
1、变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10:1以上;
2、同一电源上接有晶闸管设备或带有开关控制的功率因数补偿装置;
3、三相电源的电压不平衡度较大(≥3%).
a) 输入电抗器的额定电流IL的选用
单相变频器配置的输入电抗器的额定电流IL=变频器的额定电流IN;
三相变频器配置的输入电抗器额定电流IL=变频器的额定电流IN*0.82.
b) 输入电抗器电感量
L=(10×△U)/（π×IL）
式中：△U-50HZ时为4%UN，60HZ时为4.32%UN
UN-为电源输入电压
IL-50HZ时为IL,60HZ时为0.9IL
●输出电抗器
输出电抗器串联在变频器输出侧(U、V、W)和电机之间，限制电机连接电缆的容性充电电流和电机绕组的电压上升率，减少变频器功率元件动作时产生的干扰和冲击。建议在变频器与负载电机之间连接电缆超过50M时配置输出电抗器。
由于交流电抗器体积较大，成本较高，建议三相变频器功率＞30KW时才考虑配置交流电抗器。
●直流电抗器
直流电抗器也叫平波电抗器，串联在直流中间环节母线中（端子P1、P+）。主要是减少输入电流的高次谐波成分，提高输入电源的功率因数（提高到0.95）.此时抗器可与交流电抗器同时使用,变频器功率＞30KW时才考虑配置.
●滤波器
在变频器输入、输出电路中，有许多高频谐波电流，滤波器用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的传导，也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰。根据使用位置的不同可以分为输入滤波器和输出滤波器。
⑴输入滤波器有2种，线路滤波器和辐射滤波器：
a) 线路滤波器
线路滤波器串联在变频器控制回路侧,由电感线圈组成,具有良好的共模和差模干扰抑制能力,通过增大电路的阻抗减小频率较高的谐波电流;在需要使用外控端子控制变频器时,如果控制回路电缆较长,外部环境的干扰有可能从控制回路电缆侵入,造成变频器误动作,此时将线路滤波器串联在控制回路电缆上,可以消除干扰.
b) 辐射滤波器
辐射滤波器并联在变频器输入侧(R、S、T)，由高频电容器组成，可以吸收频率较高具有辐射能量的谐波成分，用于降低沿电源线传输的无线电干扰噪声。
线路滤路器和辐射滤波器同时使用效果更好。
⑵输出滤波器
输出滤波器串联在变频器输出侧（U、V、W），由电感线圈组成，可以减少输出电流中的高次谐波成分，抑制变频器输出侧的浪涌电压，同时可以减少电动机由高频谐波电流引起的附加转矩。
注意输出滤波器到变频器和电机的接线尽量缩短，滤波器亦应尽量靠近变频器。
●制动电阻和制动单元
在变频器停止和降速时，由于电机的惯性，电机会处于再生制动状态，产生再生能量回馈给直流回路，消耗在内置制动电阻上，如果减速时间设定较短，造成直流母线电压升高过快，能量来不及消耗掉，可能超过电容的耐压或开关元件的容许电压，会造成变频器损坏。因此生产厂家为不同规格的变频器配备外接制动电阻或制动单元。用户在使用变频器时将制动电阻（P1、DB）或制动单元（P、N）连接在直流母线两端，以便在直流母线电压升高到一定时，通过制动电阻或制动单元消耗多余的能量，保护变频器。
制动电阻与使用电机的飞轮转矩有密切关系，而电机的飞轮转矩在运行时是变化的，因此准确计算制动电阻比较困难，而且没有必要，通常情况是采用经验公式取一个近似的值。
1制动电阻R＞（2*UD）/Ie UD=700V
Ie:变频器额定电流;
1制动电阻功率P＞（a*UD2）/Ie
a为常数,电机容量小时取小,反之取大.
一般情况下,选用合适的制动电阻即可,如果电机功率较大,为了提高变频器在减速时制动能力,同时使用合适的制动电阻和制动单元,效果较好.
●漏电保护器
在变频器输入、输出引线和电机内部均存在分布电容，且变频器使用的载波频率较高，因此变频器的对地漏电流较大（大容量机种更为明显），有时会导致保护电路误动作。遇到上述问题时，除适当降低载波频率，缩短引线外，还应安装漏电保护器。
当使用漏电保护器时，应注意以下几点：
⑴漏电保护器设于变频器的输入侧，置于空气开关（无熔丝断路器）之后较为合适。
⑵漏电保护器的动作电流应大于该线路在工频电源下不使用变频器时漏电流（线路、滤波器、电机等漏电流的总和）的10倍。
