信號(hào)隔離器在變頻器諧波干擾防治實(shí)例 

     近年來(lái)由于調(diào)速和節(jié)能的需要越來(lái)越多的場(chǎng)合用到了變頻調(diào)速技術(shù)。其中的核心部分變頻器是電力電子器件有電子元器件計(jì)算機(jī)芯片易受外界的一些電氣干擾，因此變頻器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需要考慮電網(wǎng)電壓是否對(duì)稱(chēng)變壓器容量的大小及配電母線(xiàn)上是否接有非線(xiàn)性設(shè)備等另一方面變頻器本身輸入側(cè)是一個(gè)非線(xiàn)性整流電路對(duì)電源的波形將有影響變頻器輸出側(cè)電壓、電流、非正弦或非*正弦波含有豐富的諧波。由于變頻器中要進(jìn)行大功率二極管整流、大功率晶體管逆變結(jié)果是在輸入輸出回路產(chǎn)生電流高次諧波干擾供電系統(tǒng)、負(fù)載及其它鄰近電氣設(shè)備。在實(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常遇到變頻器變頻器諧波產(chǎn)生的機(jī)理、干擾途徑、危害以及有效防止或抑制干擾的對(duì)策。
      變頻器的主電路一般為交-直-交組成外部輸入380V 50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋式不可控整流成直流電壓信號(hào)經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開(kāi)關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)。 
     輸入側(cè)產(chǎn)生諧波機(jī)理不限于通用變頻器晶閘管供電的直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)等凡是在電源側(cè)有整流回路的都將產(chǎn)生因其非線(xiàn)性引起的諧波。在三相橋式整流回路中輸入電流的波形為矩形波波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波 有6n+1(n=l 2 3… )次諧波。其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。 

   輸出側(cè)產(chǎn)生諧波機(jī)理在逆變輸出回路中輸出電壓和電流均有諧波。對(duì)于PWM控制的變頻器只要是電壓型變頻器不管是

何種PWM控制其輸出電壓波形為矩形波。其中諧波頻率的高低是與變頻器調(diào)制頻率有關(guān)調(diào)制頻率低(如1 2KHz)人耳聽(tīng)

得見(jiàn)高次諧波頻率產(chǎn)生的電磁噪聲(尖叫聲)。若調(diào)制頻率高(如 IGBT變頻器可達(dá)20KHz)人耳聽(tīng)不見(jiàn)但高頻信號(hào)是客觀(guān)存

在。從電壓方波及電流正弦鋸齒波用傅立葉級(jí)數(shù)不難分析出各次諧波的含量。所以輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其它各次諧波而高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接干擾。另外高次諧波電流還通過(guò)電纜向空間輻射干擾鄰近電氣設(shè)備。 

   變頻器諧波干擾途徑還是與一般無(wú)線(xiàn)電干擾一樣分傳導(dǎo)和輻射在傳導(dǎo)的過(guò)程中與變頻器輸出線(xiàn)平行敷設(shè)的導(dǎo)線(xiàn)又會(huì)產(chǎn)生電磁

耦合形成感應(yīng)干擾變頻器輸出側(cè)諧波又會(huì)輻射對(duì)附近的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備產(chǎn)生干擾其干擾途徑如圖1所示。 

  (1)變壓器
     電流諧波將增加銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升影響其絕緣能力并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線(xiàn)間電容之間的共振及引起鐵心磁通飽和或歪斜而產(chǎn)生噪聲。 

  (2)電動(dòng)機(jī)
輸出諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響主要有引起電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的額外溫升電動(dòng)機(jī)往往要降額使用由于輸出波形失真增加電動(dòng)機(jī)的重復(fù)峰值電壓，影響電動(dòng)機(jī)的絕緣。諧波還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)以及噪聲增加。 

  (3)電力電容器組
一般電容器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定其zui大電流只允許35的超載但實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于諧波的影響，以致常發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載。由于電容器之阻抗隨頻率的增加而減少故諧波產(chǎn)生時(shí)電容器即成為一陷流點(diǎn)流入大量電流；因而導(dǎo)致過(guò)熱、增加介電質(zhì)的應(yīng)力甚至損壞電力電容器。當(dāng)電容器與線(xiàn)路阻抗達(dá)到共振條件時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)短路、過(guò)電流及產(chǎn)生噪聲。 

  (4)開(kāi)關(guān)設(shè)備
由于諧波電流的存在，開(kāi)關(guān)設(shè)備在起動(dòng)瞬間產(chǎn)生生很高di，dt的電流變化率致使增加暫態(tài)恢復(fù)電壓的峰值以致破壞絕緣。
 (5)計(jì)量?jī)x表
  電能表等計(jì)量?jī)x表因諧波而會(huì)造成感應(yīng)轉(zhuǎn)盤(pán)產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩引起誤差，降低度。 

  (6)電力電子設(shè)備
在多種場(chǎng)合電子設(shè)備常會(huì)產(chǎn)生諧波的電流源，且很容易感受諧波失真而誤動(dòng)作。 

  (7)其它還有如照明設(shè)備、通信設(shè)備、電視及音響設(shè)備、電腦設(shè)備、載頻遙控設(shè)備等都容易受諧波的干擾而影響其正常的工作或

減少其使用壽命。 

  抑制諧波干擾的對(duì)策 

  諧波的傳播途徑是傳導(dǎo)和輻射解決傳導(dǎo)干擾主要是在電路中把傳導(dǎo)的高頻電流濾掉或者隔離解決輻射干擾就是對(duì)輻射源或被

干擾的線(xiàn)路進(jìn)行屏蔽。具體的常用方法有：

  在變頻器輸入側(cè)的對(duì)策

  (1)變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立或在變

頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器切斷諧波電流。 

  (2)設(shè)置交流電抗器。 

  (3)設(shè)置交流濾波器。 

  (4)整流器的多重化技術(shù)對(duì)于大容量晶閘管變頻器可以采取這種方法將電源側(cè)整流器分兩個(gè)在其輸入側(cè)裝設(shè)Yy-d或D,y-d

繞組聯(lián)結(jié)的變壓器利用多重化抑制流向電源側(cè)的高次諧波。因

為需要將整流器分開(kāi)所以在通用變頻器中不采用。 

  在變頻器輸出側(cè)的對(duì)策 

  防止輸出側(cè)諧波干擾的對(duì)策大致分為兩大類(lèi)
*類(lèi)屬傳統(tǒng)式即向降低雜訊大小入手
第二類(lèi)屬于新嘗試其基本的觀(guān)念及作法是企圖將無(wú)意義的雜訊轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇x擇的咨詢(xún)。這種方法在

試驗(yàn)中證實(shí)了其有效性。其中*類(lèi)方法可分為：

  (1)采用高于人耳不能聽(tīng)到的開(kāi)關(guān)頻率高的電力電子器如MOSFET IGBT等 

  (2)在變頻器輸出端后加裝濾波器使送至電力設(shè)備前的電源波形為正弦波 

  (3)改善PWM調(diào)制方法降低諧波含量

  (4)用閉環(huán)控制的方法如ADSM及DSMC來(lái)改善一般傳統(tǒng)PWM的諧波現(xiàn)象。

另外在電動(dòng)機(jī)和變頻器之間的電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或用鎧裝電纜并與其它弱電信號(hào)在不同的電纜溝分別敷設(shè)避免輻射干擾。 

  信號(hào)線(xiàn)采用屏蔽線(xiàn)且布線(xiàn)時(shí)與變頻器主回路控制線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)一定距離(至少20cm以上)切斷輻射干擾。 

  變頻器使用接地線(xiàn)且用粗短線(xiàn)接地鄰近其他電器設(shè)備的地線(xiàn)必須與變頻器配線(xiàn)分開(kāi)使用短線(xiàn)。這樣能有效抑制電流諧

波對(duì)鄰近設(shè)備的輻射干擾。 

  例1某變頻切換控制系統(tǒng)變頻器啟動(dòng)運(yùn)行正常而鄰近液位計(jì)讀數(shù)偏高一次表輸入4mA時(shí)液位顯示不是下限值液位未

到設(shè)定上限值時(shí)液位  卻顯示上限致使變頻器接收停機(jī)指令迫使變頻器停止運(yùn)行。 這顯然是變頻器的高次諧波干擾液位計(jì)干擾傳播途徑是液位計(jì)的電源回路或信號(hào)線(xiàn)。解決辦法將液位計(jì)的供電電源取自另一供電變壓器諧波干擾減弱再將信號(hào)線(xiàn)穿入鋼管敷設(shè)并與變頻器主回路線(xiàn)隔開(kāi)一定距離經(jīng)這樣處理后諧波干擾基本抑制液位計(jì)工作恢復(fù)正常。 

  例2某變頻控制液位顯示系統(tǒng)液位計(jì)與變頻器在同一個(gè)柜體安裝變頻器工作正常而液位計(jì)顯示不準(zhǔn)且不穩(wěn)起初我們懷疑一次表、二次表、信號(hào)線(xiàn)及流體介質(zhì)有問(wèn)題更換所有這些儀表、信號(hào)電纜并改善流體特性故障依然存在而這故障就是變頻器的高次諧波電流通過(guò)輸出回路電纜向外輻射傳遞到信號(hào)電纜引起干擾。 

  解決辦法 液位計(jì)信號(hào)線(xiàn)及其控制線(xiàn)與變頻器的控制線(xiàn)及主回路線(xiàn)分開(kāi)一定距離且柜體外信號(hào)線(xiàn)穿入鋼管敷設(shè)外殼良好接

地故障排除。