變頻器調速技術(shù)

　　變頻器調速技術(shù)是集自動(dòng)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)。它以很好的調速、節能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟啟動(dòng)，可以減少設備和電機的機械沖擊，延長(cháng)設備和電機的使用壽命。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器以其具有節電、節能、可靠、高效的特性應用到了工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中，如變頻調速在供水、空調設備、過(guò)程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調節精度，減輕了工人的勞動(dòng)強度，提高了經(jīng)濟效益，但隨之也帶來(lái)了一些干擾問(wèn)題?，F場(chǎng)的供電和用電設備會(huì )對變頻器產(chǎn)生影響，變頻器運行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波也會(huì )干擾周?chē)O備的運行。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種：對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無(wú)線(xiàn)電等產(chǎn)生的干擾。對計算機、自動(dòng)控制裝置和測量傳感器等電子設備產(chǎn)生的干擾主要是傳導干擾；對通信設備和無(wú)線(xiàn)電等產(chǎn)生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問(wèn)題解決不好，不但系統無(wú)法可靠運行，還會(huì )影響其他電子、電氣設備的正常工作。

二變頻調速系統的主要干擾源及途徑

01主要電磁干擾源

　　變頻器的整流橋對電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì )對同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。另外，變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)，當其工作于開(kāi)關(guān)模式并作高速切換時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此，變頻器對系統內其它的電子、電氣設備、傳感器來(lái)說(shuō)是一個(gè)強電磁干擾源。另一方面，電網(wǎng)中存在大量諧波源，如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備、非線(xiàn)性負載及照明設備等。這些負荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其他設備產(chǎn)生危害的干擾。

02電磁干擾途徑

　　變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對系統其他設備干擾性較強。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、感應耦合。具體為：①對周?chē)碾娮?、電氣設備產(chǎn)生電磁輻射；②對直接驅動(dòng)的電動(dòng)機產(chǎn)生電磁噪聲，使得電動(dòng)機鐵耗和銅耗增加，并傳導干擾到電源，通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò )傳導給系統其他設備；③變頻器對相鄰的其他線(xiàn)路產(chǎn)生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。

　　(1)電磁輻射

　　變頻器如果不是處在一個(gè)全封閉的金屬外殼內，它就可以通過(guò)空間向外輻射電磁波。其輻射場(chǎng)強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。變頻器的整流橋對電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負載，它所產(chǎn)生的諧波對接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術(shù)，當根據給定頻率和幅值指令產(chǎn)生預期的和重復的開(kāi)關(guān)模式時(shí)，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且帶有與開(kāi)關(guān)頻率相應的高次諧波群。高載波頻率和場(chǎng)控開(kāi)關(guān)器件的高速切換(dv/dt可達1kV/μs以上)所引起的輻射干擾問(wèn)題相當突出。當變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強度與干擾信號的波長(cháng)有關(guān)，當孔洞的大小與電磁波的波長(cháng)接近時(shí)，會(huì )形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場(chǎng)中的金屬物體還可能形成二次輻射。

　　(2)傳導

　　上述的電磁干擾除了通過(guò)與其相連的導線(xiàn)向外部發(fā)射，也可以通過(guò)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。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(zhù)配電變壓器進(jìn)入中壓網(wǎng)絡(luò )，并沿著(zhù)其它的配電變壓器又進(jìn)入民用低壓配電網(wǎng)絡(luò )，使接自民用配電母線(xiàn)的電氣設備成為遠程的受害者。

　　(3)感應耦合

　　感應耦合是介于輻射與傳導之間的第三條傳播途徑。當干擾源的頻率較低時(shí)，干擾的電磁波輻射能力相當有限，而該干擾源又不直接與其它導體連接，但此時(shí)的電磁干擾能量可以通過(guò)變頻器的輸入、輸出導線(xiàn)與其相鄰的其他導線(xiàn)或導體產(chǎn)生感應耦合，在鄰近導線(xiàn)或導體內感應出干擾電流或電壓。感應耦合可以由導體間的電容耦合的形式出現，也可以由電感耦合的形式或電容、電感混合的形式出現。

三抗電磁干擾的措施

　　據電磁性的基本原理，形成電磁干擾(EMI)須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統等三個(gè)要素。為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是基本和重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來(lái)抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的耦合通道、降低系統對干擾信號的敏感性。具體可采用如下方法：

01隔離

　　所謂干擾的隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開(kāi)來(lái)，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。在變頻調速傳動(dòng)系統中，通常是在電源和放大器電路之間的電源線(xiàn)上采用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。

02濾波

　　設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過(guò)電源線(xiàn)傳導干擾到電源及電動(dòng)機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設置輸出濾波器。為減少對電源的干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。若線(xiàn)路中有敏感電子設備，可在電源線(xiàn)上設置電源噪聲濾波器，以免傳導干擾。

屏蔽

　　屏蔽干擾源是抑制干擾的有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏。輸出線(xiàn)用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時(shí)，要求信號線(xiàn)盡可能短(一般為20m以?xún)?，且信號線(xiàn)采用雙芯屏蔽，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線(xiàn)槽內，周?chē)娮用舾性O備線(xiàn)路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

04采用變頻功率傳感器

　　由于變頻控制系統現場(chǎng)測試條件非常復雜，因此對測試傳感器的電磁兼容性能提出了苛刻的要求。在該場(chǎng)合，應使用變頻測量專(zhuān)用傳感器，該傳感器將傳統的模擬量傳輸及A/D轉換部分集成于傳感器部分，并置于屏蔽罩內，阻隔了外部輻射干擾。另外，傳感器輸出的數字信號采用光纖作為傳輸媒介，切斷了傳導干擾的傳輸途徑，極大的提高了傳感器的電磁兼容能力。

四變頻控制系統設計中應注意的其他問(wèn)題

　　除了前面討論的幾點(diǎn)以外，在變頻器控制系統設計與應用中還要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

　　(1)在設備排列布置時(shí)，應該注意將變頻器單獨布置，盡量減少可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾。在實(shí)際工程中，由于受到房屋面積的限制往往不可能有單獨布置的位置，應盡量將容易受干擾的弱電控制設備與變頻器分開(kāi)，比如將動(dòng)力配電柜放在變頻器與控制設備之間。

　　(2)變頻器電源輸入側可采用容量適宜的空氣開(kāi)關(guān)作為短路保護，但切記不可頻繁操作。由于變頻器內部有大電容，其放電過(guò)程較為緩慢，頻繁操作將造成過(guò)電壓而損壞內部元件。

　　(3)控制變頻調速電機啟/停通常由變頻器自帶的控制功能來(lái)實(shí)現，不要通過(guò)接觸器實(shí)現啟/停。否則，頻繁的操作可能損壞內部元件。

　　(4)盡量減少變頻器與控制系統不必要的連線(xiàn)，以避免傳導干擾。除了控制系統與變頻器之間必須的控制線(xiàn)外，其它如控制電源等應分開(kāi)。由于控制系統及變頻器均需要24V直流電源，而生產(chǎn)廠(chǎng)家為了節省一個(gè)直流電源，往往用一個(gè)直流電源分兩路分別對兩個(gè)系統供電，有時(shí)變頻器會(huì )通過(guò)直流電源對控制系統產(chǎn)生傳導干擾，所以在設計中或訂貨時(shí)要特別加以說(shuō)明，要求用兩個(gè)直流電源分別對兩個(gè)系統供電。

　　(5) 注意變頻器對電網(wǎng)的干擾。變頻器在運行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波會(huì )對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，使電網(wǎng)波型嚴重畸變，可能造成電網(wǎng)電壓降很大、電網(wǎng)功率因數很低，大功率變頻器應特別注意。解決的方法主要有采用無(wú)功自動(dòng)補償裝置以調節功率因數，同時(shí)可以根據具體情況在變頻器電源進(jìn)線(xiàn)側加電抗器以減少對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，而進(jìn)線(xiàn)電抗器可以由變頻器供應商配套提供，但在訂貨時(shí)要加以說(shuō)明。

　　(6)變頻器柜內除本機專(zhuān)用的空氣開(kāi)關(guān)外，不宜安置其它操作性開(kāi)關(guān)電器，以免開(kāi)關(guān)噪聲入侵變頻器，造成誤動(dòng)作。

五結語(yǔ)

　　通過(guò)對變頻器運行過(guò)程中存在的干擾問(wèn)題的分析，提出了解決這些問(wèn)題的實(shí)際方法。以上幾點(diǎn)措施，對于用戶(hù)本身來(lái)講，去控制干擾源的難度很大，難于實(shí)現。這就要求測試系統具備良好的電磁兼容性能，特別是傳感器的抗干擾能力，這也是傳感器生產(chǎn)廠(chǎng)家必須考慮和解決的問(wèn)題，采用前端數字化技術(shù)、選擇光纖作為傳輸媒介是變頻電量測試傳感器歸途。