淺談交流變頻器系統(tǒng)的抗干擾性和干擾性

當(dāng)工廠和設(shè)備采用交流調(diào)速時(shí)，在變頻器的電源側(cè)和電機(jī)側(cè)都會(huì)產(chǎn)生諧波干擾。一方面當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)要防止會(huì)受到外界的電磁干擾;另一方面又要防止產(chǎn)生高次諧波干擾外部其他設(shè)備，即所謂的“EMC”。

　　一、 什么是EMC?

　　EMC即是“電磁兼容性”。它是指電氣設(shè)備在電磁環(huán)境中良好的工作能力，并且不能產(chǎn)生在此環(huán)境中工作的其它設(shè)備所不能接受的電磁干擾。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)電磁兼容性的定義是：“電磁兼容性是電子設(shè)備的一種功能，電子設(shè)備在電磁環(huán)境中能完成其功能而不產(chǎn)生不能容忍的干擾?！?/p>

　　我國(guó)頒布的“電磁兼容性”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)電磁兼容性作出如下定義：“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾”。顯然，電磁兼容性含有雙重含義：抗干擾性和干擾性。

　　二、 變頻器及電磁兼容性

　　一般來(lái)說(shuō)，電氣設(shè)備必須同時(shí)具有對(duì)高頻和低頻干擾的抑制能力。其中高頻干擾主要包括靜電放電、脈沖干擾和發(fā)射性頻率的電磁場(chǎng)等;而低頻干擾主要指電源電壓波動(dòng)、欠壓和頻率不穩(wěn)定等。通常變頻器能夠運(yùn)行在一個(gè)可能存在著較高電磁干擾(EM1)的工業(yè)環(huán)境中，它既是噪聲發(fā)射源，可能又是噪聲接受器。

　　1、 變頻器所受的外部干擾

　　1) 晶體管換流設(shè)備對(duì)變頻器的干擾：

　　當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有容量較大的晶閘管換流設(shè)備時(shí)，由于晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間導(dǎo)通，容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹凸(如圖1-1所示)。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因此出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害。

　　2) 補(bǔ)償電容器的投入和切出對(duì)變頻器的干擾：

　　當(dāng)在供電線路的變電所內(nèi)采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)提高功率因數(shù)時(shí)，在補(bǔ)償電容投入和切出的暫態(tài)過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值(如圖1-2所示)。其結(jié)果是可能使變頻器的整流二極管內(nèi)承受過(guò)高的反向電壓而擊穿。

　　2、 變頻器對(duì)外部的干擾

　　變頻器電流波形：變頻器的輸入電流和輸出電流中，都具有較強(qiáng)的高次諧波成分，它們將對(duì)其它控制設(shè)備形成干擾，影響其它設(shè)備的正常工作。

　　輸入電流的波形：如“交-直-交”電壓型變頻器的輸入側(cè)是整流和濾波電路(如圖示2-2所示)，只有電源的線電壓U2大于電容兩端的電壓UD時(shí)，整流橋中有充電電流。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2-1所示)。它具有很高的奇次諧波成份，特別是5次和7次諧波，如表一(以西門子MM3變頻器為例)。

　　寄生電容Cp存在于電機(jī)電纜和電機(jī)內(nèi)部，因此變頻器的PWM輸出電壓波形的開(kāi)關(guān)翼部通過(guò)寄生電容產(chǎn)生一個(gè)高頻脈沖電流Is，使變頻器成為一個(gè)諧波干擾源。由于諧波電流Is的產(chǎn)生源是變頻器,因此它一定要流回變頻器。圖中Ze為大地阻抗,Zn為動(dòng)力電纜與地之間的阻抗。諧波電流流過(guò)此二阻抗所造成的電壓降,將影響到同一電網(wǎng)上的其它設(shè)備造成干擾。

直流電抗器(平波電抗器)：串聯(lián)在整流橋和濾波電容之間(如圖4-1中Ld)，它的功能主要就是削弱逆變器輸入電流中的高次諧波成份，并且可通過(guò)抑制諧波電流來(lái)提高功率因數(shù)。

　　濾波器;在變頻器的輸入輸出側(cè)電路中，除上述較低次的諧波成份外，還有許多頻率較高的諧波電流，它們將以各種方式形成對(duì)其他設(shè)備的干擾信號(hào)，濾波器就是用于削弱頻率較高的諧波分量的方法(如圖4-2所示)。