變頻器的抗干擾性及解決方案

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！目錄摘要…………….1一.變頻器的作用及發(fā)展...................................................................................21.變頻器及工作原理……....................................................22.變頻器的作用…………........................…….…………..33.變頻器的發(fā)展………….....….…………..4二.變頻器的干擾性……………71．變頻器干擾的來源………...……………72.干擾信號的傳播方式…………………....………………..83.變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要電磁干擾源及途徑…..……………10三、變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾對策………………111．隔離……………………..........………..112．濾波器……………………...........……….113．屏蔽干擾源……………….......………….124.接地………....………..…135.采用電抗器………………...............……136.合理布線……………………........……..14四．維護(hù)和保養(yǎng)………..………..161.日常檢查事項(xiàng)…………................……..162.定期保養(yǎng)…………….............…………..163.備件的更換…………….................……..164.測試…………………….........……………175.故障的判斷………….................………..18結(jié)論………...........……………..19文獻(xiàn)......................................................................................................................20致謝………...........………………21摘要隔離、濾波、屏蔽、接地等方法可以有效的對這些干擾因素進(jìn)行抑制，從而保障藝,,變壓器故障對電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行危害極大,為避免事故的發(fā)生,應(yīng)加強(qiáng)日常運(yùn)行巡視管理和制訂有效的維護(hù)措施,以保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞變頻器，作用，干擾，諧波：第1頁共頁1.1變頻器及工作原理變頻器如圖1-1利用半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝臵，能實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過流/過壓/過護(hù)等功能。圖1-1變頻器交流電動機(jī)的異步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位：n＝60f(1－s)/p(1)其中n—異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；f—異步電動機(jī)的頻率；s—電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；p—電動機(jī)極對數(shù)。由公式(1)(調(diào)整P)、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級調(diào)速或內(nèi)反饋電機(jī)(調(diào)整s)和變頻調(diào)速(調(diào)整f)等。而我們現(xiàn)在運(yùn)用最廣泛的就是變頻調(diào)速，由轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率ff在0～50Hz第2頁共頁一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。交流電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位：n＝60f/p故也可以用變頻調(diào)速。變頻器的分類如圖1-2單相按相數(shù)分三相有環(huán)流交—交變頻器按環(huán)流情況分無環(huán)流正弦波按輸出波形分變頻器方波電壓型按儲能方式分電流型交—直—交變頻器脈幅調(diào)制脈寬調(diào)制按調(diào)壓方式分圖1-2變頻器的分類1.2變頻器的作用1、變頻節(jié)能變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種即可滿足要求。2、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)第3頁共頁耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。3、軟啟動節(jié)能電機(jī)硬啟動對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。4、提高電網(wǎng)質(zhì)量由于它在電機(jī)啟動時實(shí)現(xiàn)了很好的軟啟動功能，使電動機(jī)在啟動時不會對電的電壓上，使電壓發(fā)生畸變，給電網(wǎng)帶來高次諧波的干擾；變頻器越來越廣泛的運(yùn)用于風(fēng)能和太陽能發(fā)電，在其中它也起到提高電能質(zhì)量的作用。1.3變頻器的發(fā)展要談變頻器的發(fā)展史，就得從談變頻器的控制方式開始：早期通用變頻器大多數(shù)為開環(huán)恒壓比（V／F=常數(shù)）的控制方式．其優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)性能不高，比較適合應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)這場合。具體來說，其控制子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降穩(wěn)定性變差等。對變頻器U／F控制系統(tǒng)的改造主要經(jīng)歷了三個階段；第一階段：1.2.引人頻率補(bǔ)償控制，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差3.第4頁共頁并通過反饋控制來消除低速時定子電阻對性能影響。4.再生引起的過電壓、過電流抑制較為明顯，從而可以實(shí)現(xiàn)快速的加減速。之后，1991年由富士電機(jī)推出大家熟知的FVR與FRNG7／P7系列的設(shè)計(jì)中，不同程度融入了2.3.4.項(xiàng)技術(shù)，因此很具有代表性。三菱日立，東芝也都有類似的產(chǎn)品。然而，在上述四種方法中，由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒有得到根本性的改善.第二階段：以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場獨(dú)立控制的內(nèi)在本質(zhì)。矢量控制技術(shù)仍然在努力融入通用型變頻器中，1992年開始，德國西門子開發(fā)了6SE70通用型系列，通過FC、VC、SC板可以分別實(shí)現(xiàn)頻率控制、矢量控制、伺服控制。1994年將該系列擴(kuò)展至315KW以上。目前，6SE70系列除了200KW以下價格較高，在200KW以上有很高的性價比。第三階段：1985年德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制。第5頁共頁Identification向你ID),通過ID運(yùn)行自動確立電機(jī)實(shí)際的定算出電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩、定子碰鏈和轉(zhuǎn)子速度，并由磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band－Band控制產(chǎn)生PWM響應(yīng)速度和很高的速度、轉(zhuǎn)矩控制精度。1995年ABB公司首先推出的ACS600<2ms的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度在帶PG時的靜態(tài)速度精度達(dá)土O.01%，在不帶PG的情況下即使受到輸入電壓的變化或負(fù)載突變的影響，向樣可以達(dá)到正負(fù)0.1％的速度控制精度。其VS－676H5高性能無速度傳感器矢100ms的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和正負(fù)0.2%（無PG）,正負(fù)0.01％（帶PG）的速度控制精度，轉(zhuǎn)矩控制精度在正負(fù)3％左右。其他公司如日本富士電機(jī)推出的FRN5000G9／P9以及最新的FRN5000Gll／P11系列出采取了類似無速度傳感器控制的設(shè)計(jì)第6頁共頁2.1變頻器干擾的來源(1)(2)(3)尖峰電壓脈沖(4)射頻干擾。1.晶閘管換流設(shè)備對變頻器的干擾回路擊穿而燒毀。2.電力補(bǔ)償電容對變頻器的干擾電力部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)。在補(bǔ)償電容投入或切出的暫態(tài)過程受過高的反向電壓而擊穿。逆變器大多采用PWM噪聲。因此變頻器對系統(tǒng)內(nèi)其它的電子、電氣設(shè)備來說是一電磁干擾源。變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分。除了能構(gòu)成電源無己的能量傳播出去，形成對變頻器本身和其它設(shè)備的干擾信號。（1有電源的線電壓UL大于電容器兩端的直流電壓UD時，整流橋中才有充電電流。第7頁共頁5次諧波和7次諧波的諧波分量是最大的，分別是50HZ基波的80％和70％。（2絕大多數(shù)變頻器的逆變橋都采用SPWM調(diào)制方式，是較大的。2.2干擾信號的傳播方式(即電路耦合):;其次對直接驅(qū)動的電動機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲，使得電機(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)其它設(shè)備;最后變頻器對相鄰的其它線路產(chǎn)生感應(yīng)耦合，感應(yīng)工作。1.諧波和電磁輻射對電網(wǎng)及其他系統(tǒng)的危害(1),的效率。(2)諧波可以通過電網(wǎng)傳導(dǎo)至其他的用電器，影響電器設(shè)備的正常運(yùn)行。如諧還有傳導(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(yùn)轉(zhuǎn)。(3)而使諧波放大。圖2-1第8頁共頁(4)諧波或電磁輻射干擾會導(dǎo)致繼電器保護(hù)設(shè)臵的誤動作，使電器儀表計(jì)量不準(zhǔn)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)線附近的控制信號和檢測信號等弱電戶重視的原因。但對電網(wǎng)容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不能忽視。2．諧波產(chǎn)生的機(jī)理變頻器的主電路一般為交-直-380v/50H的工頻電源經(jīng)三相z2-2波形按傅立葉級數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受SPWM（脈寬調(diào)制）載波信號調(diào)調(diào)制的脈沖波形，對于GTR（電力晶體管）大功率逆變元件，其SPWM的載波頻率為2-3KH，而IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）大功率逆變元件的SPWM最高載波頻Z圖2-2三相橋式整流回路及輸入側(cè)波形率可達(dá)15KH2-3電流信號也可分解為只含正弦波的基波Z纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。第9頁共頁圖2-3逆變回路及輸出側(cè)波形2.3變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要電磁干擾源及途徑（1）電路耦合方式即通過電源網(wǎng)絡(luò)傳播。由于輸入電流為非正弦波，當(dāng)變顯然，這是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。（2）感應(yīng)耦合方式當(dāng)變頻器的輸入電路或輸出電路與其他設(shè)備的電路挨得方式又有兩種：a、電磁感應(yīng)方式，這是電流干擾信號的主要方式；b、靜電感應(yīng)方式，這是電壓干擾信號的主要方式。（3）空中幅射方式即以電磁波方式向空中幅射，這是頻率很高的諧波分量的主要傳播方式。第頁共頁(EMI)須具備三要素:干擾。其中，硬件抗干擾是應(yīng)用措施系統(tǒng)最基本和最重要的抗干擾措施，一般從屏蔽、接地等方法。3.1所謂干擾的隔離如圖3-1，是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發(fā)用隔離變壓器以免傳導(dǎo)干擾，電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。圖3-13.2濾波器在系統(tǒng)線路中設(shè)臵濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳波器;為減少對電源干擾，可在變頻器輸入側(cè)設(shè)臵輸入濾波器。若線路中有敏感輸出電路中，除了上述較低的諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波電流，它是用于削弱頻率較高的諧波分量的主要手段。根據(jù)使用位臵的不同，可分為:第頁共頁(1)輸入濾波器通常又有兩種：a、線路濾波器弱頻率較高的諧波電流。b、輻射濾波器能量的諧波成分。圖3-2電流型濾波器圖3-3電壓型濾波器(2)輸出濾波器附加轉(zhuǎn)矩。對于變頻器輸出端的抗干擾措施，必須注意以下方面：a、頻器的輸出端不允許接入電容器，以免在逆變管導(dǎo)通（關(guān)斷）瞬間，產(chǎn)生峰值很大的充電（或放電）電流，損害逆變管；b、輸出濾波器由LC電路構(gòu)成時，濾波器內(nèi)接入電容器的一側(cè)，必須與電動機(jī)側(cè)相接。3.3屏蔽干擾源第頁共頁屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏;輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短(一般為20m以內(nèi))，且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路線(AC380V)及控制線(AC220V)敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。3.4接地正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地抑制外來干擾，又能降低設(shè)備本身對外界的干擾。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)電源零線(中線)、地線(保護(hù)接地、系統(tǒng)接地)不分、控制系統(tǒng)屏蔽地(控制信號屏蔽地和主電路導(dǎo)線屏蔽地)的混亂連接，大大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。對于變頻器，主回路端子PE(E、G)的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和線的截面積一般應(yīng)不小于2.5mm2，長度控制在20m以內(nèi)。建議變頻器的接地與其它動力設(shè)備接地點(diǎn)分開，不能共地。3.5采用電抗器在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其他設(shè)備的正常輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據(jù)接線位臵的不同，主要有以下兩種：（1）電抗器串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。其主要功能有：a、通過抑制諧波電流，將功率因數(shù)提高至（0.75-0.85b、削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊；c、削弱電源電壓不平衡的影響。第頁共頁圖3-4交流電抗器圖3-5直流電抗器抗器實(shí)際是從外部增加變頻器供電電源的內(nèi)阻抗。在變頻器的交流側(cè)或變頻器的直流側(cè)安裝電抗器或同時安裝，可抑制諧波電流。采用交流/直流電抗器后（見圖3-4，圖3-53-6THDV30%～50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。圖3-6變壓器3.6合理布線法有：第頁共頁（1）設(shè)備的電源線和信號線應(yīng)量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線；（2）其他設(shè)備的電源線和信號線應(yīng)避免和變頻器的輸入、輸出線平行；以上抗干擾措施可根據(jù)系統(tǒng)的抗干擾要求合理選擇使用，如圖3-7所示圖3-7過對變頻器應(yīng)用過程中干擾的來源和傳播途徑的分析，提出了解決這些問題EMC要廣的關(guān)鍵之一。變頻器存在的這些問題有望通過變頻器本身的功能和補(bǔ)償來解變頻器也會不久面世。我們相信變頻器的EMC問題一定會得到有效解決。第頁共頁4.1日常檢查事項(xiàng)排風(fēng)是否流暢，風(fēng)機(jī)是否有異常聲音。一般防護(hù)等級比較高的變頻器如：IP20以上的變頻器可直接敞開安裝，IP20以下的變頻器一般應(yīng)是柜式安裝，所以變機(jī)電抗器、變壓器等是否過熱，有異味；變頻器及馬達(dá)是否有異常響聲；變頻器UVW三相電壓與電流是否平衡等。4.2定期保養(yǎng)清掃空氣過濾器冷卻風(fēng)道及內(nèi)部灰塵。檢查螺絲釘、螺栓以及即插件等是否5V15V24VUVW相間波形是否為正弦波。接觸器的觸點(diǎn)是否有打火痕跡，嚴(yán)重的要更換同型號或大于原容量的新品；認(rèn)變頻器在單獨(dú)運(yùn)行時輸出電壓的平衡度。建議定期檢查，應(yīng)一年進(jìn)行一次。4.3備件的更換變頻器由多種部件組成，其中一些部件經(jīng)長期工作后其性能會逐漸降低、老件應(yīng)定期更換：（1）冷卻風(fēng)扇變頻器的功率模塊是是發(fā)熱最嚴(yán)重的器件，其連續(xù)工作所產(chǎn)生的熱量必須要第頁共頁及時排出，一般風(fēng)扇的壽命大約為10kh～40kh。按變頻器連續(xù)運(yùn)行折算為2～3更換時千萬注意，否則會引起變頻器過熱報警。交流風(fēng)扇一般為220V、380V之分，更換時電壓等級不要搞錯。（2）濾波電容中間直流回路濾波電容：又稱電解電容，其主要作用就是平滑直流電壓，吸加快其電解液的干涸，直接影響其容量的大小。正常情況下電容的使用壽命為5年。建議每年定期檢查電容容量一次，一般其容量減少20%以上應(yīng)更換。4.4測試1．靜態(tài)測試（1）測試整流電路找到變頻器內(nèi)部直流電源的P端和N端，將萬用表調(diào)到電阻X10檔，紅表棒接到P，黑表棒分別依到RST，應(yīng)該有大約幾十歐的阻值，且基本平衡。相反將黑表棒接到PRT將紅表棒接到N端，重復(fù)以上步驟，都應(yīng)得到相同結(jié)果。如果有以下結(jié)果，可以A.B.紅表棒接P端時，電阻無窮大，可以斷定整流橋故障或起動電阻出現(xiàn)故障。（2）測試逆變電路將紅表棒接到P端,黑表棒分別接UVW上，應(yīng)該有幾十歐的阻值，且各相N同結(jié)果，否則可確定逆變模塊故障。2．動態(tài)測試在靜態(tài)測試結(jié)果正常以后，才可進(jìn)行動態(tài)測試，即上電試機(jī)。在上電前后必須注意以下幾點(diǎn):（1）上電之前，須確認(rèn)輸入電壓是否有誤，將380V電源接入220V級變頻器（2）檢查變頻器各接播口是否已正確連接,連接是否有松動,連接異常有時可第頁共頁能導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障,嚴(yán)重時會出現(xiàn)炸機(jī)等情況。（3）上電后檢測故障顯示內(nèi)容,并初步斷定故障及原因。（4,首先檢查參數(shù)是否有異常,并將參數(shù)復(fù)歸后,接電機(jī)）情況下啟動變頻