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变频器谐波问题干扰范围及处理方法

变频器谐波问题干扰范围及处理方法
变频器谐波问题干扰范围及处理方法

变频器常见谐波问题以及解决方法

变频器常见谐波问题以及解决方法

在现代化港口、矿井、运输港的建设中,变频软启动渐渐替代机

械软启动,如常规液力耦合器,CST液力软启动,成为市场主流,

其主要原因为可控性高,精度强。

变频器在使用过程中也会相应的出现自己的问题,重点介绍下在

现场安装中变频器谐波问题以及处理办法。

就矿井使用的变频器而言,非下运皮带大都使用二象限的,因不

需要对电网进行电能反馈,下运皮带在运行以后对电网进行电能反馈,既逆向输送电力,而非使用电力,四象限变频器就是除了正反

转外还能控制,实现能量反馈回电网的变频器。2象限指的就是普

通的控制速度的变频器。内部除了控制方式不同外,硬件方面主要

就是4个象限变频器整流和逆变电路都使用可双向导通的半导体元件,一般是IGBT。而2象限的整流部分一般是晶闸管或二极管。

而就谐波问题而言,问题重点出现在四象限变频器,因产生的奇

数次谐波较强,且干扰问题严重,频器正常工作中,由于变频器高

次谐波的影响引发控制电路发生串联谐振,造成系统电源故障,就

功率等级而言,75KW以上四象限变频器因考虑进行谐波治理,而二

象限变频功率在100KW以下可以进行常规处理即可。

在变频器使用过程中,经常出现误指示、乱码等情况;变频器停

止工作时系统完全恢复正常。

很明显这是由于变频器高次谐波分量对电源的干扰造成的,通常,对此最为行之有效的办法就是对控制电路的供电电源加装电源滤波器。

在加装市售的通用电源滤波器后,系统恢复了正常,但是随之又

有新的问题出现了,控制电路中的熔断器频繁熔断。停电后对电路

进行检查,经现场详细观察发现,在系统逐渐升速过程中,变频器

运行输出在某个频段之间时频繁发生短路故障。而且,将变频器的

负载(电动机)断开后,该故障现象仍频繁出现,在去掉电源滤波器

后该故障消失。因此,首先对该滤波器进行了检查,拆开后发现滤

波器采用的是常见的π型滤波。

检查发现电源滤波器本身没有任何故障,进一步分析变频器的

工作原理可知,在交-直-交型变频器中,电网通过三相整流桥给变

频器供电,供电电流利用傅立叶级数可以分解为包含基波和6K±1

次谐波(K=1,2,3…)分量等一系列谐波分量,谐波含量随进线电抗

和和直流滤波电抗的电感量增加而减少。

具有关资料介绍,通常情况下,加电抗器后五次谐波、七次谐波、十一次谐波和十三次谐波仍然占到40%、35%、25%和20%左右。由于

电路参数频率特性的影响,在n 次谐波所作用下电感的感抗为,电

容的容抗为,整个电源滤波器的等效复阻抗;其中是滤波器的等效感抗,是滤波器的等效容抗。如果在k次谐波的作用下,滤波器在该

次谐波下的等效感抗的值与等效容抗的值相等,可知此时电路在该

频率下的等效复阻抗,即电路处于谐振状态。由于此时R仅是线路

电阻,其值是非常小的,可以近似的认为,即电路在该次谐波的作

用下处于处于短路状态。依据上述分析,可以得出结论:该电源短

路故障是由于变频器输出的高次谐波分量造成电源滤波器发生串联

谐振引起的。通常情况下,如果引起谐振的谐波分量不是足够大,

是不应引起短路故障的,但是当其短路电流的有效值超过系统熔断

器保护范围时,就会造成短路故障,采用该类电源滤波方式就不十

分合适了。

分析清楚故障原因后,针对工控系统干扰源的主要来源途径即电

源的干扰、过程通道的干扰及空间电磁干扰等,对控制显示系统采

取了进一步的防干扰措施。首先,针对前述系统的故障状态,采用

大电容替代原来的电源滤波器进行滤波,有效的解决了控制系统电

源系统的干扰问题。但是,必须着重指出的是在变频器的输出侧,

绝对禁止采用电容器来吸收高次谐波,以防止在逆变管导通瞬间,

出现峰值很大的充电或放电电流,造成逆变管的损坏;其次,由于用

户要求液位指示器与变频器的相对位置不能改变,在不能使液位指

示器远离变频器的情况下,将液位指示器进行了严格的金属屏蔽,

而且信号屏蔽线、金属屏蔽层进行了严格的单独接地与系统工作及

安全接地分开,信号线与电源线空间位置相对垂直,有效的防止了

空间的电磁干扰的窜入。

变频器配套用的各类电抗器的作用和容量选择等问题也是十分

必要的,变频器配套用的电抗器有3种:

一、进线电抗器LA1又称电源协调电抗器,它能够限制电网电压突

变和操作过电压引起的电流冲击,有效地保护变频器和改善其功率

因数。接入与未接入进线电抗器时,变频器输入电网谐波电流的情况。

二、直流电抗器LDC直流电抗器接在变频系统的直流整流环节与逆

变环节之间,LDC能使逆变环节运行更稳定,及改善变频器的功率

因数。

三、输出电抗器LA2接在变频器输出端与负载(电机)之间,起到

抑制变频器噪声的作用。

1.需要安装进线电抗器的场合如下:

进线电抗器既能阻止来自电网的干扰,又能减少整流单元产生的谐

波电流对电网的污染,当电源容量很大时,更要防止各种过电压引

起的电流冲击,因为它们对变频器内整流二极管和滤波电容器都是

有害的。因此接入进线电抗器,对改善变频器的运行状况是有好处的。根据运行经验,在下列场合一定要安装进线电抗器,才能保证

变频器可靠的运行。

1)电源容量为600kVA及以上,且变频器安装位置离大容量电源在

10m以内,如图3所示:

2)三相电源电压不平衡率大于3%,电源电压不平衡率K按式(1)计算

3)其它晶闸管变流器与变频器共用同一进线电源,或进线电源端接

有通过开关切换以调整功率因数的电容器装置。

进线电抗器容量的选择

进线电抗器的容量可按预期在电抗器每相绕组上的压降来决定。一

般选择压降为网侧相电压的2%~4%。

电感量L的计算公式如式(2)所示: UV ——交流输入相电压有

效值(V);ΔUL——电抗器额定电压降(V); In——电抗器额

定电流(A); f——电网频率(Hz)。

进线电抗器压降不宜取得过大,压降过大会影响电机转矩。一般情

况下选取进线电压的4%(8.8V)已足够,在较大容量的变频器中如

75kW以上可选用10V压降。

三相交流进线电抗器的设计计算

当选定了电抗器的额定电压降ΔUL,再计算出电抗器的额定工作电

流In以后,就可以计算电抗器的感抗XL。电抗器的感抗XL由式(3)求得: XL=ΔUL/In(Ω)(3)

有了以上数据便可以对电抗器进行结构设计。

电抗器铁芯截面积S与电抗器压降ΔUL的关系,如式(4)所示:

式中:ΔUL——单位V; f——电源频率(Hz); B——磁通密度(T); N——电抗器的线圈圈数; Ks——铁芯迭片系数取

Ks=0.93。

电抗器铁芯窗口面积A与电流In及线圈圈数N的关系如式(5)所

示: A=InN/(jKA)(5)

式中:j——电流密度,根据容量大小可按2~2.5A/mm2选取; KA ——窗口填充系数,约为0.4~0.5。

铁芯截面积与窗口面积的乘积关系如式(6)所

示: SA=UI/(4.44fBjKsKA×10-4)(6)

由式(6)可知,根据电抗器的容量UI(=ΔULIn)值,选用适当的铁芯

使截面积SA的积能符合式(6)的关系。

假设选用B=0.6T,j=200A/cm2,Ks=0.93,KA=0.45,设A=1.5S,则

电抗器铁芯截面与容量的关系为:

为了使进线电抗器有较好的线性度,在铁芯中应有适当的气隙。调

整气隙,可以改变电感量。气隙大小可先选定在2~5mm内,通过实

测电感值进行调整。

2.在有直流环节的变频系统中,在整流器后接入直流电抗器可以

有效地改善功率因数,配合得当可以将功率因数提高到0.95,另外,直流电抗器能使逆变器运行稳定,并能限制短路电流,所以很多厂

家生产的55kW以上的变频器都随机供应直流电抗器。

3.输出电抗器的主要作用是补偿长线分布电容的影响,并能抑制变频器输出的谐波,起到减小变频器噪声的作用。

电抗器电感量的测定

直流电抗器LDC电感量的测定

铁芯电抗器的电感量和它的工作状况有很大关系,而且是呈非线性的,所以应尽可能使电抗器处于实际工作条件下进行测量。图4所示是测量直流电抗器的电路。在电抗器上分别加上直流电流Id与交流电流I~,用电容C=200μF隔开交直流电路,测出LDC两端的交流电压U~与交流电流I~,可由式(9)、式(10)式近似计算电感值L。

交流电抗器电感量的测定

带铁芯的交流电抗器的电感量不宜用电桥测量,因为测电感电桥的电源频率一般是采用1000Hz,因此测电感电桥只可用于测量空心电抗器.

对于用硅钢片叠制而成的交流电抗器,电感量的测量可用工频电源的交流电压表——电流表法测量,如图5所示。通过电抗器的电流可以略小于额定值,为求准确可以用电桥测量电抗器线圈内阻rL,每相电感值可按式(11)计算:

式中:U——交流电压表的读数(V); I——交流电流表的读数(A); rL——电抗器每相线圈电阻(Ω)。

由于电抗器线圈内阻rL很小,在工程计算中常可忽略。

与变频器配套的的三种电抗器对变频器系统的稳定、可靠运行有相当大的作用,其中以进线电抗器作用最大,它能有效地保护整流逆变系统免遭过电压和浪涌电流的冲击,并能提高变频系统的功率因数,国产电抗器质量良好,造价低廉,值得推广应用。

电力系统中所采取的电抗器常见的有串联电抗器和并联电抗器。串联电抗器主要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。 220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。超高压并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能,主要包括:

(1)轻空载或轻负荷线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压。

(2)改善长输电线路上的电压分布。

(3)使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡,防止无功功率不合理流动同时也减轻了线路上的功率损失。

(4)在大机组与系统并列时降低高压母线上工频稳态电压,便于发电机同期并列。

(5)防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象。

(6)当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时,还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容,以加速潜供电流自动熄灭,便于采用。

电抗器的接线分串联和并联两种方式。串联电抗器通常起限流作用,并联电抗器经常用于无功补偿。

在直流输电系统的直流电抗器:

直流电抗器作用是将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值。滤波电抗器,又称直流平波电抗器,用于变流器的直流侧,电抗器中流过的是具有交流分量的直流电流。它的作用是将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值。还用于并联变流器的直流侧对耦,降低断续极限,限制环流线路中的环流,以为应用直流快速开关切断故障电流时限制电流上升率还被用在电流,电压型变频器中间回路的直流平波,这可用于整流电源平波,以消除纹波。减小电流脉动值,改善输入功率因数。

直流电本身并不存在电抗器。所谓“直流电抗器”,是指带有直流成份的交流电,如整流器后边接的LC滤波电路。由于直流部分很容易使铁芯电感产生磁饱和,使电感失去感抗,所以铁芯的磁回路中,都要开空气隙,以增大磁阻,避免磁饱和的发生。

综上所述,在变频调速控制系统的设计中,系统本身抗干扰的设

计固然是很重要的;与此同时,必须充分考虑变频器本身对于其它电

气显示控制系统的干扰,特别是高次谐波对控制电路电源系统的干

扰影响,在设计电源滤波器时应考虑到在高次谐波的影响下可能造

成的谐振等问题。采取上述措施后,整个系统的工作恢复了正常,说明上述措施是完全可行的。同时,进一步实验发现,为了削弱通

过线路传播的干扰信号,在控制电路电源不采用电容滤波时可以在

控制电路中传入一个小电感,该电感在工频情况下的阻抗是很小的,但是对于频率很高的谐波电流呈现很高的阻抗,可以起到有效的抑

制作用,其使用效果也是不错的。

泰丰集团技术部

2014-4-3

变频器如何抗干扰

变频器如何抗干扰 怎样减少变频器对PLC与外围设备通讯的干扰?plC应用中需要注意的问题 PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工业环境中使用。然而,尽管有如上所述的可靠性较高,抗干扰能力较强,但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行,要提高PLC控制系统可靠性,一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求设计、安装和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题: 1.工作环境 (1)温度 PLC要求环境温度在0~55oC,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周通风散热的空间应足够大。

(2)湿度 为了保证PLC的绝缘性能,空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。 (3)震动 应使PLC远离强烈的震动源,防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。 (4)空气 避免有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境,可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。 (5)电源 PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中,可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端,当输入端使用外接直流电源时,应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源,由于纹波的影响,容易使PLC接收到错误信息。 2.控制系统中干扰及其来源 现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一,所谓治标先治本,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。因此必

最新变频器产生的干扰及解决方案

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变频器产生的干扰及解决方案 摘要:变频器具有很多的优越性,但它对电网的谐波干扰和电磁辐射干扰也越来越受到人们的关注,本文主要介绍谐波、电磁辐射的标准和危害及其减弱或消除的方法。 1 引言 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而得到越来越多的应用。但是,由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件,其产生的谐波对电网将产生传导干扰,引起电网电压畸变(电压畸变率用THDv表示,变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右),影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件,在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰,影响周边电器的正常工作。 2 谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害 (1)谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。 (2)谐波可以通过电网传导到其它的用电器,影响了许多电气设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过

热,绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 (3)谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。 (4)谐波或电磁辐射干扰会导致继电保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。 (5)电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱。 一般来讲,变频器对电网容量大的系统影响不十分明显,这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统,谐波产生的干扰就不能忽视。 3 有关谐波的国际及国家标准 现行的有关标准主要有:国际标准IEC61000-2-2, IEC61000-2-4,欧洲标准EN61000-3-2,EN61000-3-12,国际电工学会的建议标准IEEE519-1992,中国国家标准GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍。 3.1 国际标准

变频器谐波干扰及抑制

变频器谐波干扰及抑制 0 引言 近年来,随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一,电气传动技术面临着一场历史革命,即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能,高效率、高功率因数和节电效果,广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。但是由于变频器中普遍有晶闸管、整流二极管及大功率IGBT开关等非线性元器件,在使用中会产生大量谐波,从而干扰周围电器正常运行。如果变频器的干扰问题解决不好,不但系统无法可靠运行,还会影响其他电子、电气设备的正常工作,因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨。 1 变频调速系统谐波的产生 变频器的主电路一般由交-直-交组成,外部输入的380 V/50 Hz 的工频电源经三相桥路晶闸管整流成直流电压信号后,经滤波电容滤波及大功率晶体管开关器件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中,输入电流的波形为不规则的矩形波,波形按傅里叶级数分解为基波和各次谐波,其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中,输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形,对于GTR 大功率逆变器件,其PWM的载波频率为2耀3 kHz,而IGBT大功率逆变器件的PWM最高载频可达15 kHz。同样,输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波,而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射,干扰邻近电气设备。 用于电机调速的交-直-交型通用变频器一般是6脉动装置,其谐波电流含有率如表1所列。此外,交-交型变频器通过一套可关断晶闸管和斩波技术,不经过整流这个环节,把电网工频直接变成交流调速电机所需要的交流频率。交-交型变频器除了向电网系统注入高次谐波外,还注入谐间波(即频率不是工频倍数)电流。谐波电流的频率和含量随电机的工况变化而变化。 2 谐波的传播途径 变频器能产生功率较大的谐波,对系统其他设备干扰性较强,其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分传导(即电路耦合)、电磁辐射、感应耦合。具体为:首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射,这是频率很高的谐波分量的主要传播方式;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声,使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源,通过配电网络传导给系统其他设备,这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式;最后变频器对相邻的其他线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流,感应的方式又有两种:即电磁感应方式,这是电流干扰信号的主要方式;静电感应方式,这是电压干扰信号的主要方式。同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。 3 谐波的危害 1)谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。 2)谐波可以通过电网传导到其他的电器,影响了许多电气设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热,绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 3)谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。 4)谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。

变频器干扰的主要种类及来源

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展,高压大功率变频调速装置不断地成熟起来。下面就让艾驰商城小编对变频器干扰的主要种类及来源来一一为大家做介绍吧。 首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备,非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其它设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有(1)过压、欠压、瞬时掉电(2)浪涌、跌落(3)尖峰电压脉冲(4)射频干扰。 1、晶闸管换流设备对变频器的干扰 当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时,由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通,容易使网络电压出现凹口,波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害,从而导致输入回路击穿而烧毁。 2、电力补偿电容对变频器的干扰 电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求,为此,许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中,网络电压有可能出现很高的峰值,其结果是可能使变频器的整流二极管因承受过高的反向电压而击穿。 其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术,当工作于开关模式且作高速切换时,产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台,正品现货、优势价格、迅捷配送,是一站式采购的工业品商城!具有10年工业用品电子商务领域研究,以强大的信息通道建设的优势,以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力,为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解台达变频器、三菱变频器、西门子变频器、安川变频器、艾

产生的干扰及解决方案

变频器产生的干扰及解决方案 一、前言 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而被越来越多的应用。但是,由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件,其产生的谐波对电网将产生传导干扰,引起电网电压畸变(电压畸变率用THDv表示,变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右),影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件,在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰,影响周边电器的正常工作。 二、谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害 1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。 2.谐波可以通过电网传导到其它的用电器,影响了许多电气设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热,绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。 4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。 5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱。 一般来讲,变频器对电网容量大的系统影响不十分明显,这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统,谐波产生的干扰就不能忽视。 三、有关谐波的国际及国家标准 现行的有关标准主要有:国际标准IEC61000-2-2,IEC61000-2-4,欧洲标准 EN61000-3-2,EN61000-3-12,国际电工学会的建议标准IEEE519-1992,中国国家标准 GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍: 1.国际标准 IEC61000-2-2标准适用于公用电网,IEC61000-2-4标准适用于厂级电网,这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度,它们规定了最大允许的电压畸变率THDv. IEC61000-2-2标准规定了电网公共接入点处的各次谐波电压含有的THDv约为8%. IEC61000-2-4标准分三级。第一类对谐波敏感场合(如计算机、实验室等)THDv为5%;第二类针对电网公共接入点和一部分厂内接入点THDv为8%;第三类主要针对厂内接入点THDv为10%. 以上两个标准还规定了电器设备所允许产生谐波电流的幅值,前者主要针对16A以下,后者主要针对16A到64A.

变频器谐波抑制方法

变频器谐波抑制方法 对小容量的通用变频器,高次谐波很少成为问题,但当使用的变频器容量大或数量多时,往往就会产生高次谐波电流和高次谐波干扰问题,因此对于高次谐波先采取适当的对策和预防措施是非常重要的。 1. 改善变频器结构 可以从变频器自身硬件结构或者整个变频系统的构建方式和设备选择等方面考虑,从根本上减少变频系统注入电网的谐波、无功等污染。 (1) 变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立,或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器; (2) 在整流环节采用多重化技术,提高脉波数,可以有效地提高特征谐波次数,降低特征谐波幅值。对于大容量晶闸管变频器可以采取这种方法,利用多重化抑制流向电源侧的高次谐波; (3) 采用高频整流电路,改善整流波形,提高功率因数,直流电压可调节; (4) 逆变环节采用高开关频率高的电力电子器件,如MOSFET,IGBT等,可以提高载波频率比,抑制变频器输出端的高频谐波。 (5) 在逆变环节采用多重化技术,提高脉波数,使输出的电流电压波形更加接近正弦波。但重数越多电路越复杂,可靠性会随之降低,三重化电路可以兼顾输出波形质量和设备可靠性,较理想。 2. 采用合适的控制策略 从变频器控制器这一点出发,可采用更合适的控制策略或者在原来的控制策略基础上作点优化和改进,原理上更大限度地减少谐波的产生。以实际应用中常用的正弦脉宽调制法(SPWM)法和特定消谐法(SHE)法为例。 根据SPWM基本理论,当调制波频率为fr,载波频率为fc,载波频率比N=fc/fr,单极性SPWM控制在输出电压中产生N-3次以上的谐波,双极性SPWM控制在输出电压中产生N-2次以上的谐波。比如,N=25,采用单极性SPWM控制,低于22次的谐波全被消除,采用双极性SPWM控制,低于23次的谐波全被消除。 但输出电压频率较高的时候,由于受到元件开关频率的限制,N值不可能大,SPWM 控制的优势就不太明显了,这个时候选择SHE法可以在开关次数相等的情况下输出质量较高的电压、电流,降低了对输入、输出滤波器的要求。

变频器屏蔽

引言 随着电力电子及其控制技术的发展,变频器及其变频调速已经被广泛应用到工业控制的各个领域,如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用,变频器的广泛应用也带来了不能忽视的干扰问题。这种干扰表现在现场供电和其他用电设备对变频器的干扰和变频器运行时产生的高次谐波对电网和周围设备的干扰两个方面。如果变频器的干扰问题解决不好,不仅变频器系统无法可靠运行,还会影响其周边其他电子、电气设备的正常工作。因此,变频器应用系统中的干扰问题倍受理论界和工程应用界的广泛重视。下面结合自己的工作实践,主要讨论变频器及其调速系统的干扰及其抑制方法。 2 变频器系统的主要干扰 2.1 外部对变频器的干扰 (1) 非线性用电设备对变频器的干扰 由于各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、照明设备等非线性负载的应用,这些负载成为电网中的大量谐波源,使电网电压、电流产生波形畸变。图1示出晶闸管换相引起的畸变。 图1 晶闸管换相引起的畸变 变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后,若不加以处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电;浪涌、跌落;尖峰电压脉冲;射频干扰。其次,共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

(2) 补偿电容器的投入和切出对变频器的干扰 许多用户都在变电所内采用集中电容补偿的方法来提高功率因数,在补偿电容器投入和切出的暂态过程中,网络电压有可能出现很高的峰值,如图2所示,其结果是可能使变频器的整流管因承受过高的反电压而击穿。 图2 补偿电容投入时的电压畸变 2.2 变频器对外部的干扰 变频器对电网来说也是非线性负载,它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外,逆变器采用spwm技术,当其工作于开关模式并作高速切换时,产生大量耦合性噪声,对共网的其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。 (1) 输入电流的波形 ac-dc-ac压型变频器的输入侧是整流和滤波电路,只有在电源的线电压ul大于电容器两端的直流电压ud时,整流桥中才有充电电流。因此充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近,呈不连续的冲击波形式,如图3a)所示。它具有很强的高次谐波成分,其中5次谐波和7次谐波分量很大,如图3b)所示。

变频器谐波干扰的解决方法

变频器谐波干扰的解决方法 变频器以其节能显著,保护完善,控制性能好,使用维护方便等特点,迅速发展起来,已成为电动机调速的主潮流,怎样结合生产工艺要求正确使用变频器并使其充分发挥效益,已成为我们关注的焦点。 近年来,随着我厂变频器投用量增多,变频设备干扰引起故障也在增多,电气设备出现的谐波干扰问题主要表现有以下几方面:(1)谐波干扰导致电力系统无功功率增大,造成功率因数明显降低;(2)现场电机受到变频谐波干扰引起电机噪声与振动增大,温度升高;(3)谐波干扰造成系统电缆故障率增多,绝缘老化,引起电缆对地故障;(4)谐波干扰引起断路器工作不稳定,引起开关误动作;(5)谐波干扰对通讯电路的干扰,引起联锁电路误动作等。 一、变频器的基本原理和电路组成 变频器有主回路和辅助控制电路组成,其中主回路有整流模块、平波电容、滤波电容、逆变电路、限流电阻和接触器等元器件组成;辅助控制电路由驱动电路、保护信号检测电路、控制电路脉冲发生及信号处理电路等组成,如下为变频器逆变电路图。这种电

路特点是,电源采用三相电流全波整流,中间直流环节的储能单元采用大容量电容作为储能元件,负载的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用,主电路的直流电压比较平稳。然后经过6个功率管IGBT进行信号调制,产生电动机端的电压为方波或波电流。故称为电压型变频器。现在普遍应用的都是电压型变频器。 二、变频器应用中的谐波干扰问题及危害 谈到变频器的谐波干扰问题,首先要了解干扰的来源,变频器本身就是一种谐波干扰源,变频器谐波是由交流电整流电路和直流电转换为交流过程中产生的。当电子元件IGBT工作于开关模式作高速切换时,产生大量耦合性电磁电流。 因此变频器对电气系统内其它电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。在现实工作中,变频器产生的谐波电流从输出端经过电缆传导到电动机定子绕组上,造成电机铜损、铁损大幅增加。致使电机无功损耗增大,温度升高,严重影响电机的运转特性;另一方面变频器输入回路产生的3次谐波经过电源电缆影响到电力系统,它可在变压器内形成环流,造成变压器内部温度升高,影响变压器的使用效率;谐波干扰还会引起断路器保护电路检测产生误差,导致断路器

变频器产生的干扰及解决方案

变频器产生的干扰及解决方案 摘要:变频器具有很多的优越性,但它对电网的谐波干扰和电磁辐射干扰也越来越受到人们的关注,本文主要介绍谐波、电磁辐射的标准和危害及其减弱或消除的方法。 1 引言 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而得到越来越多的应用。但是,由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件,其产生的谐波对电网将产生传导干扰,引起电网电压畸变(电压畸变率用THDv表示,变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右),影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件,在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰,影响周边电器的正常工作。 2 谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害 (1)谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。 (2)谐波可以通过电网传导到其它的用电器,影响了许多电气设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热,绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 (3)谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。

(4)谐波或电磁辐射干扰会导致继电保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。 (5)电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱。 一般来讲,变频器对电网容量大的系统影响不十分明显,这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统,谐波产生的干扰就不能忽视。 3 有关谐波的国际及国家标准 现行的有关标准主要有:国际标准IEC61000-2-2,IEC61000-2-4,欧洲标准EN61000-3-2,EN61000-3-12,国际电工学会的建议标准IEEE519-1992,中国国家标准GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍。 国际标准 IEC61000-2-2标准适用于公用电网,IEC61000-2-4标准适用于厂级电网,这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度,它们规定了最大允许的电压畸变率THDv。 IEC61000-2-2标准规定了电网公共接入点处的各次谐波电压含有的THDv约为8%。 IEC61000-2-4标准分三级。第一类对谐波敏感场合(如计算机、实验室等)THDv为5%;第二类针对电网公共接入点和一部分厂内接入点THDv为8%;第三类主要针对厂内接入点THDv为10%。

谐波标准及变频器谐波干扰的解决方法

谐波标准及变频器谐波干扰的解决方法 谐波标准及变频器谐波干扰的解决方法 一、前言 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而被越来越多的应用。但是,由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件,其产生的谐波对电网将产生传导干扰,引起电网电压畸变(电压畸变率用THDv表示,变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右),影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件,在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰,影响周边电器的正常工作。 二、谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害 1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。 2.谐波可以通过电网传导到其它的用电器,影响了许多电气设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热,绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。 4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。 5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱。 一般来讲,变频器对电网容量大的系统影响不十分明显,这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统,谐波产生的干扰就不能忽视。 三、有关谐波的国际及国家标准 现行的有关标准主要有:国际标准IEC61000-2-2,IEC61000-2-4,欧洲标准EN61000-3-2, EN61000-3-12,国际电工学会的建议标准IEEE519-1992,中国国家标准GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍: 1.国际标准 IEC61000-2-2标准适用于公用电网,IEC61000-2-4标准适用于厂级电网,这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度,它们规定了最大允许的电压畸变率THDv.

变频器故障及处理方法

变频器故障及处理方法 在各种工业控制系统中,随着变频器等电力电子装置的广泛使用,系统的电磁干扰(EMI)日益严重,相应的抗干扰设计技术(即电磁兼容EMC)已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏,有时虽不能损坏系统的硬件,但常使微处理器的系统程序运行失控,导致控制失灵,从而造成设备和生产事故。因此,如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容,也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。谈到变频器的抗干扰问题,首先要了解干扰的来源、传播方式,然后再针对这些干扰采取不同的措施。 一、变频器干扰的来源 首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备,非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其它设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有(1)过压、欠压、瞬时掉电(2)浪涌、跌落 (3)尖峰电压脉冲 (4)射频干扰。 1、晶闸管换流设备对变频器的干扰

当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时,由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通,容易使网络电压出现凹口,波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害,从而导致输入回路击穿而烧毁。 2、电力补偿电容对变频器的干扰 电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求,为此,许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中,网络电压有可能出现很高的峰值,其结果是可能使变频器的整流二极管因承受过高的反向电压而击穿。 其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术,当工作于开关模式且作高速切换时,产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。 变频器的输入和输出电流中,都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外,还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去,形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。 (1)输入电流的波形变频器的输入侧是二极管整流和电容滤波电路。显然只有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时,整流桥中才有充电电流。因此,充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近,呈不连续的冲击波形式。它具有很强的高次谐波成分。有关资料表明,输入电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的,分别是50HZ基波的80%和70%。 (2)输出电压与电流的波形绝大多数变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式,其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形式形波;由于电动机定子绕组的电感性质,定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的。 二、干扰信号的传播方式 变频器能产生功率较大的谐波,由于功率较大,对系统其它设备干扰性较强,其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分传导(即电路耦合)、电磁辐射、感应耦合。具体为:首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声,使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源,通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流。同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。 (1)电路耦合方式即通过电源网络传播。由于输入电流为非正弦波,当变频器的容量较大时,将使网络电压产生畸变,影响其他设备工工作,同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损、铁损大幅增加,影响了电机的运转特性。显然,这是变频器输入电流干扰信号的主要传

变频器的干扰问题

变频器的干扰问题 1 . 变频器干扰产生及危害 (1) 变频器干扰的产生实际上不限于通用变频器,晶闸管供电的直流电动机、无换向器电动机等凡是在电源侧有整流回路的,都将产生因其非线性整流引起的高次谐波。变频器的干扰由输入端谐波和输出端谐波产生。 (2) 高次谐波危害变频器产生的高次谐波的危害主要有以下几个方面: 增加变压器铜损和铁损;使电动机铜损和铁损增加,温度上升; 因高次谐波导致电容器过热、甚至损坏电容器; 由于谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率,产生操作过电压,破坏绝缘,还会引起开关跳脱、引起误动作; 计量仪表因为谐波会引起误差,降低精度,甚至烧毁线圈; 电力电子设备也会因谐波造成误动作。 2. 实际应用中抗干扰措施的应用 (1) 隔离措施隔离技术是电磁兼容性中的重要技术之一。所谓干扰的隔离,是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使它们不发生电的联系。电磁兼容的隔离技术分为磁电、光电、机电和声电等几种隔离方式。 (2) 屏蔽技术 屏蔽是提高电子系统和电子设备电磁兼容性的重要措施之一,它能有效地抑制通过空间传播的各种干扰,既可阻止或减少电子设备内部的辐射电磁能对外的传输,又可阻止或减少外部辐射电磁能对电子设备的影响。

屏蔽按机理可以分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽,对于变频器应用而言最常见的是电场屏蔽,即用金属导体,把被屏蔽的元件、组合件和信号线包围起来。这种方法对电容性耦合噪声抑制效果很好。其中,用双绞线代替两根平行导线是抑制磁场干扰的有效办法; 屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效地方法。 (3) 滤波技术滤波器既可抑制从电子设备引出的传导干扰,又能抑制从电网引入的传导干扰。干扰滤波器安装在电源线与电子设备之间。它可使工频电源通过,而阻止高频噪声通过,对提高设备的可靠性有重要作用。 (4) 接地措施接地是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰,又能降低设备本身对外界的干扰。 为了使变频控制系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度,必须为变频器设立可靠地工作接地。它分为电源地、信号地、模拟地(屏蔽地) 。在石化和其他防爆系统中还有本安地。按其接地点方式又分为单点地、多点地、混合地和浮地。 1). 变频器系统地变频器系统的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段,因此在实际应用中一定要非常重视。从抑制干扰的角度来看,将电力系统地和变频器系统的所有地分开是很有好处的,因为一般电力系统的地线是不太干净的。 2). 屏蔽接地在通信速率低于1MHz 时,选用一点接地效果较好,对于采用

变频器谐波危害分析及解决措施

变频器谐波危害分析及解决措施 摘要:本文从谐波的概念入手,结合变频器的内部结构的相关知识,分析变频器谐波产生的原因及其危害,在此基础上提出了抑制谐波的常用方法. 关键词:变频器谐波危害抑制 前言:在工业调速传动领域中,与传统的机械调速相比,用变频器调速有诸多优点,顾其应用非常广泛,但由于变频器逆变电路的开关特性,对其供电电源形成了一个典型的非线性负载,变频器在现场通常与其它设备同时运行,例如计算机和传感器,这些设备常常安装得很近,这样可能会造成相互影响。因此,以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一,其对电力系统中电能质量有着重要的影响。 一、变频器原理及其谐波的产生 变频器是工业调速领域中应用较广泛的设备之一,目前已在企业大量使用。变频器一般采用是交-直-交结构(如图一所示),它是把工频(50HZ)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制,变频调速装置用于交流异步电动机的调速,调速范围广、节能显著、稳定可靠。

(图一)一般通用变频器为交-直-交结构 众所周知,电机的转速和电源的频率是线性关系。 变频器就是利用这一原理将50Hz的工频电通过整流和逆变转换为频率可调方向的交流电源。变频器输入部分为整流电路,输出部分为逆变电路,这些都是由非线性原件组成的,在开断过程中,其输入端和输出端都会产生高次谐波。另外变频器输入端的谐波还会通过输入电源线对公用电网产生影响。 从结构上来看,变频器有交-直-交变频器和交-交变频器之分。目前应用较多的还是交-直-交变频器。变频器主电路为交-直-交,外部输入380V/50HZ工频电源,经三相桥式不可控整流成直流电压,经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可调的交流信号。 在电力电子装置大量应用以后,电力电子装置成为最主要的谐波源。 变频器输入侧产生谐波机理:对于变频器而言,只要是电源侧有整流回路的,都将产生因非线性引起的谐波。以三相桥整流电路为例,交流电网电压为一正弦波,交流输入电流波形为方波,对于这个波形,

关于变频器干扰案例分析及其处理方案

关于变频器干扰案例分析及其处理方案 1引言交流感应异步电动机变频器调速是20世纪电气传动领域划时代的技术 进步。随着变频器的广泛应用,变频器日益成为工厂自动化领域最大的电磁污染源。可以经常的看到在一间设备密集型工厂装机几十台上百台变频器。变频器直—交逆变器的非线性等效负荷使得变频器在许多系统集成工程中不仅污染工厂 供电系统,还直接对自动化工程项目干扰,引起测控系统失准失灵,严重破坏大系统的稳定性,甚至变频器自身受到干扰引发“自举”式的调速故障。尽管国际标准对电气设备E M C(I E C61000系列电磁兼容设计)有严格的规范,并且国家质量技术监督局已决定在国内“等同”采用,同时,中国国家标准电能质量公用电网谐波G B/T14549-93已经生效14年之久,但是国家经济技术的飞速发展使得功率电子开关器件的污染控制已经刻不容缓。 在近年的客服中经常遇到变频器的干扰问题,造成设备误动作,使得工厂的生产 线不能运行,而且这一类问题的原因查找起来也比较困难,经过查阅有关资料,再 结合工作中处理问题的一些经验来具体谈一下变频器干扰的来源,传播方式以及一些针对实际应用中遇到干扰问题的不同情况的处理,希望不同于教科书的教条说教。 2变频器干扰分析 变频器的干扰问题一般分为变频器自身干扰;外界设备产生的电磁波对变频器干扰;变频器对其它弱电设备干扰3类情况。变频器本身就是一个干扰源,众所周知,变频器由主回路和控制回路两大部分组成,变频器主回路主要由整流电路,逆变电路,控制电路组成,其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成,电力、电子器件具有非线性特性,当变频器运行时,它要进行快速开关动作,因而产生高次谐波,这样变频器输出波形除基波外还含有大量高次谐波。无论是哪一种干扰类型,高次谐波是变频器产生干扰的主要原因。变频器本身就是谐波干扰源,所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响。与主回路相比,变频器的控制回路却是小能量、弱信号回路,极易遭受其它装置产生的干扰。因此,变频器在安装使用时,必须对控制回路采取抗干扰措施。 3变频器干扰案例问题分析及其处理 3.1怎样来判定变频器出现干扰问题 变频器的干扰问题主要体现在电机的运行情况上。例如电机在运行过程中突然停机,电机运行时快时慢,运行速度不稳定.电机停不下来,按钮不起任何作用等等, 这些都是变频器受到干扰情况的体现。 3.2第三种方式接地 干扰问题的一般处理方法是要保证良好的接地,接地端子的一般要求为:接地端 子以“第三种方式”接地(单独接地),接地线愈短愈好,而且必须接地良好;控制回

变频器干扰的解决方法,如何解决变频器的电磁干扰

变频器干扰的解决方法,如何解决变频器的电磁干扰 变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。在工业现场,变频器的干扰问题出现得比较多,且比较严重,甚至导致控制系统无法正常投入使用。比如使得PLC通讯控制变得不稳定,比如使得现场控制柜的指示灯常亮,让人误解。用户都非常苦恼因为变频器干扰带来的困扰。然而,变频器的工作原理注定其会产生强电磁干扰。 在各种工业控制系统中,随着变频器等电力电子装置的广泛使用,系统的电磁干扰(EMI)日益严重,相应的抗干扰设计技术(即电磁兼容EMC)已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏,有时虽不能损坏系统的硬件,但常使微处理器的系统程序运行失控,导致控制失灵,从而造成设备和生产事故。因此,如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容,也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。谈到变频器的抗干扰问题,首先要了解干扰的来源、传播方式,然后再针对这些干扰采取不同的措施。 变频器包括整流电路和逆变电路,输入的交流电经过整流电路和平波回路,转换成直流电压,再通过逆变器把直流电压变换成不同宽度的脉冲电压(称为脉宽调制电压,PWM)。用这个PWM电压驱动电机,就可以起到调整电机力矩和速度的目的。这种工作原理导致以下三种电磁干扰: (1)射频辐射干扰:射频辐射干扰来自变频器的输入电缆和输出电缆。在上述的射频传导发射干扰的情形中,变频器的输入输出电缆上有射频干扰电流时,由于电缆相当于天线,必然会产生电磁波辐射,产生辐射干扰。变频器输出电缆上传输的PWM电压,同样包含丰富的高频的成分,会产生电磁波辐射,形成辐射干扰。辐射干扰的特征是,当其他电子设备靠近变频器时,干扰现象变得严重。 (2)谐波干扰:整流电路会产生谐波电流,这种谐波电流在供电系统的阻抗上产生电压降,导致电压波型发生畸变,这种畸变的电压对于许多电子设备形成干扰(因为大部分电

变频器应用中的干扰问题及其对策(新编版)

变频器应用中的干扰问题及其 对策(新编版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位:______________________ 姓名:______________________ 日期:______________________ 编号:AQ-SN-0957

变频器应用中的干扰问题及其对策(新编 版) 在各种工业控制系统中,随着变频器等电力电子装置的广泛使用,系统的电磁干扰(EMI)日益严重,相应的抗干扰设计技术(即电磁兼容EMC)已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏,有时虽不能损坏系统的硬件,但常使微处理器的系统程序运行失控,导致控制失灵,从而造成设备和生产事故。因此,如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容,也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。谈到变频器的抗干扰问题,首先要了解干扰的来源、传播方式,然后再针对这些干扰采取不同的措施。 一、变频器干扰的来源 首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频

器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备,非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其它设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有(1)过压、欠压、瞬时掉电(2)浪涌、跌落(3)尖峰电压脉冲(4)射频干扰。 1、晶闸管换流设备对变频器的干扰 当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时,由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通,容易使网络电压出现凹口,波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害,从而导致输入回路击穿而烧毁。 2、电力补偿电容对变频器的干扰 电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求,为此,许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中,网络电压有可能出现很高的峰值,其

变频器干扰问题及对电机损伤分析研究

变频器干扰问题及对电机损伤分析研究 发表时间:2017-01-17T14:51:01.820Z 来源:《电力设备》2016年第24期作者:王兆辉 [导读] 在使用变频器的控制系统中,多采用微机或者PLC进行控制,在系统设计或者改造过程中,一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。 (天津华宁电子有限公司天津 300385) 摘要:变频器的出现为工业自动化控制、电机节能带来了革新。工业生产中几乎离不开变频器,即使在日常生活中,电梯、变频空调也成为不可缺少的部分,变频器已经开始渗入到生产、生活的各个角落。但是变频器的干扰问题也带来了很多困扰,本文针对变频器的干扰问题进行分析,并阐述变频器对电机损伤带来的困惑。 关键字:变频器;干扰;电机损伤; 一、变频器的干扰问题分析 1、变频器对微机控制板的干扰 在使用变频器的控制系统中,多采用微机或者PLC进行控制,在系统设计或者改造过程中,一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。由于用户自己设计的微机控制板一般工艺水平差,不符合EMC国际标准,在采用变频器后,产生的传导和辐射干扰,往往导致控制系统工作异常,因此需要采取必要措施。 (1)良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地,微机控制板的屏蔽地,最好单独接地。对于某些干扰严重的场合,建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连。(2)给微机控制板输入电源加装EMI 滤波器、共模电感、高频磁环等,成本低。可以有效抑制传导干扰。另外在辐射干扰严重的场合,如周围存在GSM、或者小灵通机站时,可以对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。(3)给变频器输入加装EMI滤波器,可以有效抑制变频器对电网的传导干扰,加装输入交流和直流电抗器L1、L2,可以提高功率因数,减小谐波污染,综合效果好。在某些电机与变频器之间距离超过100m的场合,需要在变频器侧添加交流输出电抗器L3,解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。一个行之有效的方法就是采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法,并将钢管外壳或者电缆屏蔽层与大地可靠连接。在不添加交流输出电抗器L3时,如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法,增大了输出对地的分布电容,容易出现过流。(4)对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中,尽量不要采用模拟控制,特别是控制距离大于1M,跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出,可以满足要求。如果非要用模拟量控制时,建议一定采用屏蔽电缆,并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。如果干扰仍旧严重,需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块,或者采用V/F转换,光耦隔离再采用频率设定输入的方法。 2、变频器本身抗干扰 当变频器的供电系统附近,存在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源或者采用滑环供电的场合,变频器本身容易因为干扰而出现保护。建议用户采用如下措施: (1)在变频器输入侧添加电感和电容,构成LC滤波网络。 (2)变频器的电源线直接从变压器侧供电。(3)在条件许可的情况下,可以采用单独的变压器。(4)在采用外部开关量控制端子控制时,连接线路较长时,建议采用屏蔽电缆。当控制线路与主回路电源均在地沟中埋设时,除控制线必须采用屏蔽电缆外,主电路线路必须采用钢管屏蔽穿线,减小彼此干扰,防止变频器的误动作。(5)在采用外部模拟量控制端子控制时,如果连接线路在1M以内,采用屏蔽电缆连接,并实施变频器侧一点接地即可;如果线路较长,现场干扰严重的场合,建议在变频器侧加装DC/DC隔离模块或者采用经过V/F转换,采用频率指令给定模式进行控制。(6)在采用外部通信控制端子控制时,建议采用屏蔽双绞线,并将变频器侧的屏蔽层接地(PE),如果干扰非常严重,建议将屏蔽层接控制电源地(GND)。对于RS232通信方式,注意控制线路尽量不要超过15m,如果要加长,必须随之降低通信波特率,在100m左右时,能够正常通信的波特率小于600bps。对于RS485通信,还必须考虑终端匹配电阻等。对于采用现场总线的高速控制系统,通信电缆必须采用专用电缆,并采用多点接地的方式,才能够提高可靠性。 3、电网质量影响 在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合,电压经常出现闪变。在一个车间中,有几百台变频器等容性整流负载在工作时,电网的谐波非常大,对于电网质量有很严重的污染,对设备本身也有相当的破坏作用,轻则不能够连续正常运行,重则造成设备输入回路的损坏。可以采取以下的措施:(1)在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合建议用户增加无功静补装置,提高电网功率因数和质量。(2)在变频器比较集中的车间,建议采用集中整流,直流共母线供电方式。建议用户采用12脉冲整流模式。优点是,谐波小、节能,特别适用于频繁起制动、电动运行与发电运行同时进行的场合。(3)变频器输入侧加装无源LC滤波器,减小输入谐波,提高功率因数,成本较低,可靠性高,效果好。(4)变频器输入侧加装有源PFC装置,效果最好,但成本较高。 二、变频器对电机损伤的研究 变频器对电机的损伤包括两个方面,定子绕组的损伤和轴承的损伤。一般发生在几周至十几个月内,具体时间与变频器的品牌、电机的品牌、电机的功率、变频器的载波频率、变频器与电机之间的电缆长度、环境温度等诸多因素有关。电机的早期意外损坏给企业的生产带来巨大的经济损失。这种损失不仅是电机维修和更换带来的费用,更主要的是意外停产带来的经济损失。因此,在使用变频器驱动电机时,必须对电机损伤的问题有足够的重视。 变频器对电机损伤有以下原因:(1)变频器的基本构造包括整流电路与逆变电路两部分。整流电路为普通二极管与滤波电容构成的直流电压输出电路,逆变电路将直流电压变换成脉宽调制的电压波形(PWM电压)。因此,变频器驱动电机的电压波形是脉宽变化的脉冲波形,而不是正弦波电压波形。用脉冲电压驱动电机就是导致电机容易损坏的根本原因。(2)脉冲电压在电缆上传输时,如果电缆的阻抗与负载的阻抗不匹配,在负载端会产生反射。反射的结果是,入射波与反射波叠加,形成更高的电压,它的幅度最大可以达到直流母线电压的2倍,大约相当于变频器输入电压的3倍,过高的尖峰电压加在电机定子的线圈上,对线圈造成电压冲击,频繁的过电压冲击会导致电机过早失效。(3)变频器驱动的电机受到尖峰电压的冲击后,它的实际寿命与很多因素,包括,温度、污染、振动、电压、载波频率以及线圈绝缘的工艺等因素有关。(4)变频器的载波频率越高,输出电流波形越接近正弦波,这会降低电机的运行温度,从而延长绝缘的寿命。但是,更高的载波频率意味着每秒钟产生的尖峰电压数量更多,对电机的冲击的次数更多。(5)电机的温度越高,绝缘的寿命越短。变频器驱动的电机,由于PWM电压包含较多的高频成份,电机温度会远高于工频电压驱动的情况。(6)变频器损伤电机轴承的原因是,有流

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