- 討論變頻器的諧波干擾與抑制辦法
- 對輻射源或被干擾的線(xiàn)路進(jìn)行屏蔽
- 分析3個(gè)抑制諧波干擾的實(shí)例
變頻器中要進(jìn)行大功率二極管整流、大功率晶體管逆變，結果是在輸入輸出回路產(chǎn)生電流高次諧波，干擾供電系統、負載及其他鄰近電氣設備。在實(shí)際使用過(guò)程中，經(jīng)常遇到變頻器諧波干擾問(wèn)題，下面簡(jiǎn)單介紹諧波產(chǎn)生的機理、傳播途徑及有效抑制干擾的方法。
一、變頻器諧波產(chǎn)生機理
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)三相橋路不可控整流成直流電壓信號，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。在整流回路中，輸入電流的波形為不規則的矩形波，波形按傅立葉級數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。在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調制的脈沖波形，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流還通過(guò)電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設備。
二、抑制諧波干擾常用的方法
諧波的傳播途徑是傳導和輻射，解決傳導干擾主要是在電路中把傳導的高頻電流濾掉或者隔離；解決輻射干擾就是對輻射源或被干擾的線(xiàn)路進(jìn)行屏蔽。具體常用方法：
（1） 變頻系統的供電電源與其他設備的供電電源相互獨立，或在變頻器和其他用電設備的輸入側安裝隔離變壓器，切斷諧波電流。
（2）在變頻器輸入側與輸出側串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成必須是LC型，吸收諧波和增大電源或負載的阻抗，達到抑制諧波的目的。
（3） 電動(dòng)機和變頻器之間電纜應穿鋼管敷設或用鎧裝電纜，并與其他弱電信號在不同的電纜溝分別敷設，避免輻射干擾。
（4） 信號線(xiàn)采用屏蔽線(xiàn)，且布線(xiàn)時(shí)與變頻器主回路控制線(xiàn)錯開(kāi)一定距離（至少20cm以上），切斷輻射干擾。
（5）變頻器使用專(zhuān)用接地線(xiàn)，且用粗短線(xiàn)接地，鄰近其他電器設備的地線(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鄰近設備的輻射干擾。
三、抑制諧波干擾實(shí)例
例1，某變頻切換控制系統，變頻器啟動(dòng)運行正常，而鄰近液位計讀數偏高，一次表輸入4mA時(shí)，液位顯示不是下限值；液位未到設定上限值時(shí)，液位計卻顯示上限，致使變頻器接收停機指令，迫使變頻器停止運行。
這顯然是變頻器的高次諧波干擾液位計，干擾傳播途徑是液位計的電源回路或信號線(xiàn)。解決辦法：將液位計的供電電源取自另一供電變壓器，諧波干擾減弱，再將信號線(xiàn)穿入鋼管敷設，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，液位計工作恢復正常。
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例2，某變頻控制液位顯示系統，液位計與變頻器在同一個(gè)柜體安裝，變頻器工作正常，而液位計顯示不準且不穩，起初我們懷凝一次表、二次表、信號線(xiàn)及流體介質(zhì)有問(wèn)題，更換所有這些儀表、信號電纜，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，傳遞到信號電纜，引起干擾。
解決辦法：液位計信號線(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，且柜體外信號線(xiàn)穿入鋼管敷設，外殼良好接地，故障排除。
例3，某變頻控制系統，由兩臺變頻器組成，且在同一柜體內，變頻器調頻方式均為電位器手調方式，運行某一臺變頻器時(shí)，工作正常，兩臺同時(shí)運行時(shí)，頻率互相干擾，即調節一臺變頻器的電位器對另一臺變頻器的頻率有影響，反過(guò)來(lái)也一樣。開(kāi)始我們認為是電位器及控制線(xiàn)故障，排除這種可能后，斷定是諧波干擾引起。
解決辦法：把其中一只電位器移到其他柜體固定，且引線(xiàn)用屏蔽信號線(xiàn)，結果干擾減弱。為了徹底抑制干擾，重新加工一個(gè)電控柜，并與原柜體一定距離放置，把其中的一臺變頻器移到該電控柜，相應的接線(xiàn)及引線(xiàn)作必要的改動(dòng)，這樣處理后，干擾基本消除，故障排除。
例4，某變頻控制系統，切換兩套機泵，原先機泵是靠自耦降壓?jiǎn)?dòng)工頻運行正常，現改為變頻運行，雖能實(shí)現調頻減速功能，但變頻器輸出端到電動(dòng)機間的輸出線(xiàn)嚴重發(fā)熱，電動(dòng)機外殼溫升加重，經(jīng)常出現保護跳閘。這是由于變頻器輸出電壓和電流信號中包含PWM高次諧波，而諧波電流在輸出導線(xiàn)和電動(dòng)機繞線(xiàn)上形成附加功率損耗。
解決辦法：把變頻器輸入線(xiàn)與輸出線(xiàn)分開(kāi)，分別走各自的電纜溝，選用大一號截面的電纜換原先電纜，輸出端與電動(dòng)機之間的電纜長(cháng)度盡可能短。這樣處理后，發(fā)熱故障排除。對現場(chǎng)出現的各種變頻器高次諧波干擾，基本上都能照以上介紹的方法順利抑制，但對諧波成分及幅度要求很?chē)赖脑O備，徹底抑制高次諧波干擾非常困難，有待進(jìn)一步攻關(guān)解決。
總結：
本文通過(guò)對變頻器的諧波干擾與抑制辦法的討論，分析了變頻器諧波產(chǎn)生機理，提出了抑制諧波干擾常用的五種方法以及列舉了抑制諧波干擾的3個(gè)實(shí)例。通過(guò)本文電子工程師們可以學(xué)習到很多變頻器的諧波干擾與抑制辦法的思路和解決措施，相信對工程師們有很大的幫助。
