1 引言
變頻器">變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能性能,在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于其采用軟啟動,可以減少設(shè)備和電機(jī)的機(jī)械沖擊,延長設(shè)備和電機(jī)的使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應(yīng)用到了工業(yè)控制的各個領(lǐng)域中,如變頻調(diào)速在供水、空調(diào)設(shè)備、過程控制、電梯、機(jī)床等方面的應(yīng)用,保證了調(diào)節(jié)精度,減輕了工人的勞動強(qiáng)度,提高了經(jīng)濟(jì)效益,但隨之也帶來了一些干擾問題。現(xiàn)場的供電和用電設(shè)備會對變頻器產(chǎn)生影響,變頻器運(yùn)行時產(chǎn)生的高次諧波也會干擾周圍設(shè)備的運(yùn)行。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種:對電子設(shè)備的干擾、對通信設(shè)備的干擾及對無線電等產(chǎn)生的干擾。對計(jì)算機(jī)和自動控制裝置等電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾主要是感應(yīng)干擾;對通信設(shè)備和無線電等產(chǎn)生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好,不但系統(tǒng)無法可靠運(yùn)行,還會影響其他電子、電氣設(shè)備的正常工作。因此有必要對變頻器應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾問題進(jìn)行探討,以促進(jìn)其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。下面主要討論變頻器的干擾及其抑制方法。
2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要電磁干擾源及途徑
2.1 主要電磁干擾源
電磁干擾也稱電磁騷擾 (EMI),是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾,通常是通過電路傳導(dǎo)和以場的形式傳播的。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負(fù)載,它所產(chǎn)生的諧波會對同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。另外,變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù),當(dāng)其工作于開關(guān)模式并作高速切換時,產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此,變頻器對系統(tǒng)內(nèi)其他的電子、電氣設(shè)備來說是一個電磁干擾源。另一方面,電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源,如各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、非線性負(fù)載及照明設(shè)備等。這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變,從而對電網(wǎng)中其他設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后,若不加以處理,電網(wǎng)噪聲就會通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電;浪涌、跌落;尖峰電壓脈沖;射頻干擾。其次,共模干擾通過變頻器的控制信號線也會干擾變頻器的正常工作。
2.2 電磁干擾的途徑
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是一致的,主要分電磁輻射、傳導(dǎo)、感應(yīng)耦合。具體為:①對周圍的電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射;②對直接驅(qū)動的電動機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲,使得電動機(jī)鐵耗和銅耗增加,并傳導(dǎo)干擾到電源,通過配電網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)給系統(tǒng)其他設(shè)備;③變頻器對相鄰的其他線路產(chǎn)生感應(yīng)耦合,感應(yīng)出干擾電壓或電流。同樣,系統(tǒng)內(nèi)的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。下面分別加以分析。
。1)電磁輻射
變頻器如果不是處在一個全封閉的金屬外殼內(nèi),它就可以通過空間向外輻射電磁波。其輻射場強(qiáng)取決于干擾源的電流強(qiáng)度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(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。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術(shù),當(dāng)根據(jù)給定頻率和幅值指令產(chǎn)生預(yù)期的和重復(fù)的開關(guān)模式時,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。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)所引起的輻射干擾問題相當(dāng)突出。
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,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。
。2)傳導(dǎo)
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,也可以通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。與輻射干擾相比,其傳播的路程可以很遠(yuǎn)。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)生的干擾信號將沿著配電變壓器進(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)感應(yīng)耦合
感應(yīng)耦合是介于輻射與傳導(dǎo)之間的第三條傳播途徑。當(dāng)干擾源的頻率較低時,干擾的電磁波輻射能力相當(dāng)有限,而該干擾源又不直接與其它導(dǎo)體連接,但此時的電磁干擾能量可以通過變頻器的輸入、輸出導(dǎo)線與其相鄰的其他導(dǎo)