變頻器應(yīng)用中抗干擾問題的探討

　　1 引言

　　隨著電力電子及其控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器及其變頻調(diào)速已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，如變頻調(diào)速在供水、空調(diào)設(shè)備、過程控制、電梯、機(jī)床等方面的應(yīng)用，變頻器的廣泛應(yīng)用也帶來了不能忽視的干擾問題。這種干擾表現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)供電和其他用電設(shè)備對(duì)變頻器的干擾和變頻器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)和周圍設(shè)備的干擾兩個(gè)方面。如果變頻器的干擾問題解決不好，不僅變頻器系統(tǒng)無(wú)法可靠運(yùn)行，還會(huì)影響其周邊其他電子、電氣設(shè)備的正常工作。因此，變頻器應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾問題倍受理論界和工程應(yīng)用界的廣泛重視。下面結(jié)合自己的工作實(shí)踐，主要討論變頻器及其調(diào)速系統(tǒng)的干擾及其抑制方法。

　　2 變頻器系統(tǒng)的主要干擾

　　2.1 外部對(duì)變頻器的干擾

　　(1) 非線性用電設(shè)備對(duì)變頻器的干擾

　　由于各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、照明設(shè)備等非線性負(fù)載的應(yīng)用，這些負(fù)載成為電網(wǎng)中的大量諧波源，使電網(wǎng)電壓、電流產(chǎn)生波形畸變。圖1示出晶閘管換相引起的畸變。

圖1 晶閘管換相引起的畸變

　　變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后，若不加以處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源對(duì)變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時(shí)掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號(hào)線也會(huì)干擾變頻器的正常工作。

　　(2) 補(bǔ)償電容器的投入和切出對(duì)變頻器的干擾

　　許多用戶都在變電所內(nèi)采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)，在補(bǔ)償電容器投入和切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，如圖2所示，其結(jié)果是可能使變頻器的整流管因承受過高的反電壓而擊穿。

　　2.2 變頻器對(duì)外部的干擾

　　變頻器對(duì)電網(wǎng)來說也是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。另外，逆變器采用spwm技術(shù)，當(dāng)其工作于開關(guān)模式并作高速切換時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲,對(duì)共網(wǎng)的其他的電子、電氣設(shè)備來說是一個(gè)電磁干擾源。

　　(1) 輸入電流的波形

　　ac-dc-ac壓型變頻器的輸入側(cè)是整流和濾波電路，只有在電源的線電壓ul大于電容器兩端的直流電壓ud時(shí)，整流橋中才有充電電流。因此充電電流總是出現(xiàn)在電源電壓的振幅值附近，呈不連續(xù)的沖擊波形式，如圖3a)所示。它具有很強(qiáng)的高次諧波成分，其中5次諧波和7次諧波分量很大，如圖3b)所示。

圖3 輸入電流的波形及其諧波分析

圖4 輸出電壓與電流的波形

　　(2) 輸出電壓與電流的波形

　　變頻器的逆變橋大多采用spwm技術(shù)，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形波，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且?guī)в信c開關(guān)頻率相應(yīng)的高次諧波群，如圖4a)所示。其高載波頻率和場(chǎng)控開關(guān)器件的高速切換(dv/dt可達(dá)1kv/μs以上)所引起的輻射干擾相當(dāng)突出。

[$page]　　3 電磁干擾的傳播途徑

　　變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對(duì)系統(tǒng)其他設(shè)備干擾性較強(qiáng)。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑一樣，有電磁輻射、電路耦合、感應(yīng)耦合等[1]，現(xiàn)分析如下。

　　3.1 電磁輻射

　　變頻器對(duì)電網(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波對(duì)接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。當(dāng)變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強(qiáng)度與干擾信號(hào)的波長(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)孔洞的大小與電磁波的波長(zhǎng)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。同樣，變頻器外部的輻射也會(huì)干擾變頻器的正常工作。

　　3.2 電路耦合

　　上述的電磁干擾除了通過與其相連的導(dǎo)線向外部發(fā)射，還可以通過阻抗耦合或