變頻器產(chǎn)生的干擾及解決方案-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯變頻器產(chǎn)生的干擾及解決方案-技術(shù)方案摘要：變頻器具有很多的優(yōu)越性，但它對電網(wǎng)的諧波干擾和電磁輻射干擾也越來越受到人們的關(guān)注，本文主要介紹諧波、電磁輻射的標(biāo)準和危害及其減弱或消除的方法。

1引言

采用變頻器驅(qū)動的電動機系統(tǒng)因其節(jié)能效果明顯、調(diào)節(jié)方便、維護簡單、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點而得到越來越多的應(yīng)用。但是，由于變頻器特殊的工作方式帶來的干擾越來越不容忽視。變頻器干擾主要有:一是變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件，其產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)將產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變（電壓畸變率用THDv表示，變頻器產(chǎn)生諧波引起的THDv在10～40%左右），影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等開關(guān)器件，在輸出能量的同時將在輸出線上產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊電器的正常工作。

2諧波和電磁輻射對電網(wǎng)及其它系統(tǒng)的危害

（1）諧波使電網(wǎng)中的電器元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了輸變電及用電設(shè)備的效率。（2）諧波可以通過電網(wǎng)傳導(dǎo)到其它的用電器，影響了許多電氣設(shè)備的正常運行，比如諧波會使變壓器產(chǎn)生機械振動，使其局部過熱，絕緣老化，壽命縮短，以至于損壞;還有傳導(dǎo)來的諧波會干擾電器設(shè)備內(nèi)部軟件或硬件的正常運轉(zhuǎn)。（3）諧波會引起電網(wǎng)中局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振，從而使諧波放大。（4）諧波或電磁輻射干擾會導(dǎo)致繼電保護裝置的誤動作，使電氣儀表計量不準確，甚至無法正常工作。（5）電磁輻射干擾使經(jīng)過變頻器輸出導(dǎo)線附近的控制信號、檢測信號等弱電信號受到干擾，嚴重時使系統(tǒng)無法得到正確的檢測信號，或使控制系統(tǒng)紊亂。一般來講，變頻器對電網(wǎng)容量大的系統(tǒng)影響不十分明顯，這也就是諧波不被大多數(shù)用戶重視的原因。但對系統(tǒng)容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不能忽視。

3有關(guān)諧波的國際及國家標(biāo)準

現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準主要有:國際標(biāo)準IEC61000-2-2，IEC61000-2-4，歐洲標(biāo)準EN61000-3-2，EN61000-3-12，國際電工學(xué)會的建議標(biāo)準IEEE519-1992，中國國家標(biāo)準GB/T14549-93《電能質(zhì)量共用電網(wǎng)諧波》。下面分別做簡要介紹。3.1國際標(biāo)準IEC61000-2-2標(biāo)準適用于公用電網(wǎng)，IEC61000-2-4標(biāo)準適用于廠級電網(wǎng)，這兩個標(biāo)準規(guī)定了不給電網(wǎng)造成損害所允許的諧波程度，它們規(guī)定了允許的電壓畸變率THDv。IEC61000-2-2標(biāo)準規(guī)定了電網(wǎng)公共接入點處的各次諧波電壓含有的THDv約為8%。IEC61000-2-4標(biāo)準分三級。類對諧波敏感場合（如計算機、實驗室等）THDv為5%;第二類針對電網(wǎng)公共接入點和一部分廠內(nèi)接入點THDv為8%;第三類主要針對廠內(nèi)接入點THDv為10%。以上兩個標(biāo)準還規(guī)定了電器設(shè)備所允許產(chǎn)生諧波電流的幅值，前者主要針對16A以下，后者主要針對16A到64A。IEEE519-1992標(biāo)準是個建議標(biāo)準，目標(biāo)是將單次THDv限制在3%以下，總THDv限制在5%以下。3.2國內(nèi)標(biāo)準GB/T14549-93中規(guī)定，公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值為380V（220V）電網(wǎng)電壓總THDv為5%，各次諧波電壓含有率奇次為4%，偶次為2%。由以上標(biāo)準看來，一般單次電壓畸變率在3～6%，總電壓畸變率在5～8%的范圍內(nèi)是可以接受的。

4減少變頻器諧波對其它設(shè)備影響的方法

4.1增加交流/直流電抗器采用交流/直流電抗器后（如圖1），進線電流的諧波畸變率大約降低30%～50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。圖1使用交流/直流電抗器降低THD

4.2多相脈沖整流在條件具備，或者要求產(chǎn)生的諧波限制在比較小的情況下，可以采用多相整流的方法。12相脈沖整流THDv大約為10%～15%，18相脈沖整流的THDv約為3%～8%，滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992嚴格標(biāo)準的要求。缺點是需要專用變壓器和整流器，不利于設(shè)備改造，價格較高。

4.3無源濾波器采用無源濾波器后（如圖2），滿載時進線中的THDv可降至5%～10%，滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求，技術(shù)成熟，價格適中。適用于所有負載下的THDv＜30%的情況。缺點是輕載時功率因數(shù)會降低。圖2使用專用無源濾波器

4.4輸出電抗器也可以采用在變頻器到電動機之間增加交流電抗器的方法（如圖3），主要目的是減少變頻器的輸出在能量傳輸過程中，線路產(chǎn)生的電磁輻射。該電抗器必須安裝在距離變頻器近的地方，盡量縮短與變頻器的引線距離。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動機的連線時，可不使用這方法，但要做到電纜的鎧在變頻器和電動機端可靠接地，而且接地的鎧要原樣不動接地，不能扭成繩或辨，不能用其它導(dǎo)線延長，變頻器側(cè)要接在變頻器的地線端子上，再將變頻器接地。圖3使用輸出電抗器減少變頻器的電磁輻射

5減少或削弱變頻器諧波及電磁輻射對設(shè)備干擾的方法

上面介紹的方法是減少變頻器工作時對外設(shè)備的影響，但并不是消除了變頻器的對外干擾，如果想進一步提高其它設(shè)備對變頻器諧波和電磁輻射的免疫能力，尤其是在變頻器（品牌不同，產(chǎn)生的干擾程度可能不一樣）干擾較嚴重的場合中常用的方法通常有以下幾種。

5.1使用隔離變壓器使用隔離變壓器主要是應(yīng)對來自于電源的傳導(dǎo)干擾（如圖4）。使用具有隔離層的隔離變壓器，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時還可以兼有電源電壓變換的作用。隔離變壓器常用于控制系統(tǒng)中的儀表、PLC，以及其它低壓小功率用電設(shè)備的抗傳導(dǎo)干擾。圖4使用隔離變壓器減低傳導(dǎo)干擾

5.2使用濾波模塊或組件目前市場中有很多專門用于抗傳導(dǎo)干擾的濾波器模塊或組件，這些濾波器具有較強的抗干擾能力，同時還具有防止用電器本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能，對各類用電設(shè)備有很多好處。常用雙孔磁芯濾波器的結(jié)構(gòu)見圖5所示。還有單孔磁芯的濾波器，其濾波能力較雙孔的弱些，但成本較低。圖5濾波器的結(jié)構(gòu)

5.3選用具有開關(guān)電源的儀表等低壓設(shè)備一般開關(guān)電源的抗電源傳導(dǎo)干擾的能力都比較強，因為在開關(guān)電源的內(nèi)部也都采用了如圖5結(jié)構(gòu)類似的濾波器。因此在選用控制系統(tǒng)的電源設(shè)備，或者選用控制用電器的時候，盡量采用具有開關(guān)電源類型的。

5.4作好信號線的抗干擾對于信號線上的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有常態(tài)干擾和共模干擾兩種。（1）常態(tài)干擾的抑制常態(tài)干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號，這種干擾大多是頻率較高的交變信號，其一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有:·在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器;·盡量采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，由于這種積分器工作的特點，具有一定的消除高頻干擾的作用;·將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號再傳輸?shù)姆绞?，對于常態(tài)的干擾有非常強的抑制作用。

（2）共模干擾的抑制共模干擾是指信號線上共有的干擾信號，一般是由于被測信號的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在一定的電位差所致，這種干擾在兩條信號線上的周期、幅值基本相等，所以采用上面的方法無法消除或抑制。對共模干擾的抑制方法如下:·采用雙差分輸入的差動放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比?！ぐ演斎刖€絞合，絞合的雙絞線能降低共模干擾，由于改變了導(dǎo)線電磁感應(yīng)e的方向，從而使其感應(yīng)互相抵消，如圖6所示。圖6雙絞線降低共模干擾

·采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾;·使用屏蔽線時，屏蔽層只一端接地。因為若兩端接地，由于接地電位差在屏蔽層內(nèi)會流過電流而產(chǎn)生干擾，因此只要一端接地即可防止干擾。

（3）應(yīng)注意的事項無論是為了抑制常態(tài)干擾還是抑制共模干擾，都還應(yīng)該做到以下幾點:·輸入線路要盡量短?！づ渚€時避免和動力線接近，信號線與動力線分開配線，把信號線放在有屏蔽的金屬管內(nèi)，或者動力線和信號線分開距離要在40cm以上?！榱吮苊庑盘柺д妫瑢τ谳^長距離傳輸?shù)男盘栆⒁庾杩蛊ヅ洹?/p>

5.5增加軟件濾波在使用以單片機、DSP等為的