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信號(hào)隔離器在變頻器諧波干擾防治實(shí)例 

     近年來由于調(diào)速和節(jié)能的需要越來越多的場合用到了變頻調(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變壓器容量的大小及配電母線上是否接有非線性設(shè)備等另一方面變頻器本身輸入側(cè)是一個(gè)非線性整流電路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

得見高次諧波頻率產(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)人耳聽不見但高頻信號(hào)是客觀存

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線電干擾一樣分傳導(dǎo)和輻射在傳導(dǎo)的過程中與變頻器輸出線平行敷設(shè)的導(dǎo)線又會(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)附近的無線電設(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)電容器與線路阻抗達(dá)到共振條件時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)短路、過電流及產(chǎn)生噪聲。 

  (4)開關(guān)設(shè)備
由于諧波電流的存在，開關(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)量儀表
  電能表等計(jì)量儀表因諧波而會(huì)造成感應(yīng)轉(zhuǎn)盤產(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
*類屬傳統(tǒng)式即向降低雜訊大小入手
第二類屬于新嘗試其基本的觀念及作法是企圖將無意義的雜訊轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇x擇的咨詢。這種方法在

試驗(yàn)中證實(shí)了其有效性。其中*類方法可分為：

  (1)采用高于人耳不能聽到的開關(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)線采用屏蔽線且布線時(shí)與變頻器主回路控制線錯(cuò)開一定距離(至少20cm以上)切斷輻射干擾。 

  變頻器使用接地線且用粗短線接地鄰近其他電器設(shè)備的地線必須與變頻器配線分開使用短線。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。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)線穿入鋼管敷設(shè)并與變頻器主回路線隔開一定距離經(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)線及流體介質(zhì)有問題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)線及其控制線與變頻器的控制線及主回路線分開一定距離且柜體外信號(hào)線穿入鋼管敷設(shè)外殼良好接

地故障排除。