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變頻器干擾故障分析論文

2018-08-23 17:33:13 公務(wù)員之家  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
供電電源對(duì)變頻器的干擾主要有過(guò)壓、欠壓、瞬時(shí)掉電;浪涌、跌落;尖峰電壓脈沖;射頻干擾。變頻器的供電電源受到來(lái)自被污染的交流電網(wǎng)的諧波干擾后若不加處理,電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過(guò)電網(wǎng)的電源電路干擾變頻器。

【論文關(guān)鍵詞】:變頻器;干擾故障;對(duì)策

【論文摘要】:文章對(duì)變頻器常見干擾故障進(jìn)行了分析總結(jié),并提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。

1..外界對(duì)變頻器的干擾

供電電源對(duì)變頻器的干擾主要有過(guò)壓、欠壓、瞬時(shí)掉電;浪涌、跌落;尖峰電壓脈沖;射頻干擾。變頻器的供電電源受到來(lái)自被污染的交流電網(wǎng)的諧波干擾后若不加處理,電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過(guò)電網(wǎng)的電源電路干擾變頻器。變頻器的輸入電路側(cè),是將交流電壓變成直流電壓。這就是常稱為"電網(wǎng)污染"的整流電路。由于這個(gè)直流電壓是在被濾波電容平滑之后輸出給后續(xù)電路的,電源供給變頻器的實(shí)際上是濾波電容的充電電流,這就使輸入電壓波形產(chǎn)生畸變。

(1)電網(wǎng)中存在各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備,非線性負(fù)載及照明設(shè)備等大量諧波源

電源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變,從而對(duì)電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。例如:當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有較大容量的晶閘管換流設(shè)備時(shí),因晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通,故容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口,波形嚴(yán)重失真。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害,從而導(dǎo)致輸入回路擊穿而燒毀。

(2)電力補(bǔ)償電容對(duì)變頻器的干擾

電力部門對(duì)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▉?lái)提高功率因數(shù)。在補(bǔ)償電容投入或切出的暫態(tài)過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值,其結(jié)果是可能使變頻器的整流二極管因承受過(guò)高的反向電壓而擊穿。

(3)電源輻射傳播的干擾信號(hào)

電磁干擾(EMI),是外部噪聲和無(wú)用信號(hào)在接收中所造成的電磁干擾,通常是通過(guò)電路傳導(dǎo)和以場(chǎng)的形式傳播的[2]即以電磁波方式向空中幅射,其輻射場(chǎng)強(qiáng)取決于干擾源的電流強(qiáng)度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。

對(duì)于(1)、(2)兩項(xiàng)產(chǎn)生的干擾抑制可以在變頻器輸入電路中,串入交流電抗器,它對(duì)于基波頻率下的阻抗是微不足道的。但對(duì)于頻率較高的高頻干擾信號(hào)來(lái)說(shuō),呈現(xiàn)很高的阻抗,能有效地抑制干擾的作用。對(duì)于(3)項(xiàng)的干擾信號(hào)主要通過(guò)吸收方式來(lái)削弱。變頻器電源輸入端,通常都加有吸收電容。也可以再加上專用的"無(wú)線電干擾濾器",來(lái)進(jìn)一步削弱干擾信號(hào)。

2.變頻器對(duì)周邊設(shè)備的干擾及對(duì)策

上面已經(jīng)講過(guò)變頻器能使輸入電源電壓產(chǎn)生高次諧波。同時(shí),變頻器的輸出電壓和電流除了基波之外,還含有許多高次諧波的成分,它們將以各種方式把自己的能量傳播出去,這些高次諧波對(duì)周圍設(shè)備帶來(lái)不良的影響。其中,供電電源的畸變,使處于同一供電電源的其他設(shè)備出現(xiàn)誤動(dòng)作,過(guò)熱、噪聲和振動(dòng);產(chǎn)生的無(wú)線干擾電波給變頻器周圍的電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等無(wú)線電接收裝置帶來(lái)干擾,嚴(yán)重時(shí)不能正常工作;對(duì)變頻器的外部控制信號(hào)產(chǎn)生干擾,這些控制信號(hào)受干擾后,就不能準(zhǔn)確、正常地控制變頻器運(yùn)行,使被變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生噪音,振動(dòng)和發(fā)熱現(xiàn)象。

(1)對(duì)接在同一電源設(shè)備帶來(lái)的干擾

當(dāng)變頻器的容量較大時(shí),將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變,通過(guò)阻抗耦合或接地回路耦合將干擾傳入其它電路。消除或削弱對(duì)接在同一電源的設(shè)備帶來(lái)的干擾,可以將變頻器的輸入端串入交流電抗器,在變頻器的整流側(cè)插入直流電抗器。也可以在變頻器電源輸入端插入濾波器,如下圖1所示:

LC濾波器是被動(dòng)濾波器,它由電抗和電容組成對(duì)高次諧波的共振回路,從而達(dá)到吸收高次諧波的目的。有源濾波器的工作原理是:通過(guò)對(duì)電流中高次諧波進(jìn)行檢測(cè),并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,輸入與高次諧波成分相位相反的電流來(lái)削弱高次諧波的目的。

(2)對(duì)于產(chǎn)生的無(wú)線電干擾波

目前,變頻器絕大部分是采用PWM控制方法。變頻器輸出信號(hào)是高頻的開關(guān)信號(hào),在變頻器的輸出電壓、輸出電流中含有高次諧波,通過(guò)靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng),產(chǎn)生無(wú)線電干擾波。這些干擾波有的通過(guò)電線傳導(dǎo),有些輻射至空中的電磁波和電場(chǎng)直接輻射。而輻射場(chǎng)中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣,變頻器外部的輻射也會(huì)干擾變頻器的正常工作。

電線傳導(dǎo)的無(wú)線電干擾波的抑制,可以采用噪聲濾波變壓器,對(duì)高次諧波形成絕緣;插入電抗器,以提高對(duì)高次諧波成分的阻抗,在變頻器的輸入端插入濾波器。

輻射無(wú)線電干擾波的抑制,較傳導(dǎo)無(wú)線電干擾波要困難一些。這種無(wú)線電干擾的大小,決定于安裝變頻器設(shè)備本身的結(jié)構(gòu),和電動(dòng)機(jī)電纜線長(zhǎng)短等許多因素有關(guān)。可以盡量縮短電動(dòng)機(jī)電線,電線采用雙絞措施,減少阻抗;變頻器輸入、輸出線裝入鐵管屏蔽;將變頻器機(jī)殼良好地接;變頻器輸入、輸出端串接電抗器,插入濾波器。

(3)對(duì)于產(chǎn)生的噪聲干擾

由于變頻器采用了PWM控制方式,變頻器的輸出電壓波形不是正弦波,通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流也難免含有許多諧波。變頻器輸出的諧波頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率的共振,在轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大,變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機(jī)殼、軸架等諧波在其固有頻率附近的噪聲增大。因此,利用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí),電動(dòng)機(jī)繞組和鐵芯由于諧波的成分而產(chǎn)生噪聲。

下圖2是電動(dòng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)和采用電網(wǎng)電源直接驅(qū)動(dòng)時(shí)的噪音比較。通常,采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪音要比電網(wǎng)電源直接驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的噪音高出5~10dB。

對(duì)于噪音的抑制可以采取的措施為:

①選用以IGBT等為逆變模塊的載波頻率較高的低噪音變頻器。選用變頻器專用電動(dòng)機(jī),在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間串入電抗器,以減少PWM控制方式產(chǎn)生的高次諧波。

②在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間插入可以將輸出波形轉(zhuǎn)換成正弦波的濾波器。

③選用低噪音的電抗器。

(4)對(duì)于產(chǎn)生的振動(dòng)干擾

采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí),同噪音相同的原因,會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。特別是較低階的高次諧波所產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,給電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出帶來(lái)較大的振動(dòng)。若機(jī)械系統(tǒng)與這種振動(dòng)發(fā)生共振時(shí),其振動(dòng)就更為嚴(yán)重。

通常可以采取以下措施減小振動(dòng):

①?gòu)?qiáng)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性,將剛性連接改為強(qiáng)性連接。

②在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間串入電抗器

③降低變頻器的輸出壓頻比。

④改變變頻器的載波頻率。

在變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速過(guò)程中,如果調(diào)速范圍較大時(shí),應(yīng)先測(cè)到機(jī)械系統(tǒng)的共振頻率,然后利用變頻器的頻率跳躍功能,避開這些共振頻率。如果轉(zhuǎn)距有余量,可以將U/f給定小些。

(5)對(duì)于導(dǎo)致控制部件電動(dòng)機(jī)過(guò)熱的干擾

采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制,由于高次諧波的原因,即使是對(duì)同一電動(dòng)機(jī),在同一頻率下運(yùn)行,電動(dòng)機(jī)也將增加5%~10%的電流。電動(dòng)機(jī)溫度自然會(huì)提高。此外,普通電動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的,在連續(xù)進(jìn)行低速運(yùn)行時(shí),由于自身的冷卻風(fēng)扇的冷卻能力不足,而出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱現(xiàn)象。

電動(dòng)機(jī)過(guò)熱的對(duì)策有以下幾種:

①為電動(dòng)機(jī)另配冷卻風(fēng)扇,改自冷式為他冷式。增加低速運(yùn)行時(shí)的冷卻能力。

②選用較大容量的電動(dòng)機(jī)。

③改用變頻器專用電動(dòng)機(jī)。

④改變調(diào)速方案,避免電動(dòng)機(jī)連續(xù)低速運(yùn)行。

隨著工廠電氣自動(dòng)化程度的提高,各種干擾也日益增多,只有對(duì)變頻器的干擾問(wèn)題有深入的認(rèn)識(shí),并采取相應(yīng)的處理措施,才能夠減少彼此之間的相互危害,更大程度的確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行和設(shè)備的穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]李自先,等.變頻器應(yīng)用維護(hù)與修理[M].北京:地震出版社,2005.

[2]張六一.變頻器使用過(guò)程的干擾源和抗干擾措施[J].冶金叢刊2007,(1)13-14.

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責(zé)任編輯:電力交易小郭

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