电磁干扰三要素是干扰源、传播途径、对电磁干扰敏感的设备。为防止干扰,可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中,硬件抗干扰是基本和重要的抗干扰措施,一般我们是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。变频器抗干扰具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
一、隔离
隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使它们不发生电联系。在变频调速传动系统中,通常是和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器,以免传导干扰。
二、滤波
在线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到。为减少电磁噪声和损耗,在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰,可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感设备,可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。在变频器的输入和输出电路中,除了上述较低的谐波成分外,还有许多频率很高的谐波电流,它们将以各种方式把自己的能量传播出去,形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位置的不同,可分为:
(1)输入滤波器通常又有两种:
线路滤波器:主要由电感线流图构成。它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。
辐射滤波器:主要由高频器构成。它将吸收掉频率很高的、具有辐射能量的谐波成分。
(2)输出滤波器也由电感线圈构成。它可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分。非但起到抗干扰的作用,且能削动机中由高次谐波谐波电流引起的附加转矩。
对于变频器输出端的抗干扰措施,必须注意以下方面:
变频器的输出端不允许接入,以免在逆变管导通关断瞬间,产生峰值很大的充放电电流,损害逆变管;
当输出滤波器由LC电路构成时,滤波器内接入电容器的一侧,必须与电动机侧相接。
三、屏蔽
屏蔽干扰源是抑制干扰的较为有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄漏;输出线可以用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号线尽可能短(一般为20m以内),且信号线采用双芯屏蔽,并与主电路线(AC380V)及控制线(AC220V)完全分离,决不能放于同一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效,屏蔽罩必须可靠接地。
四、接地
正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰,又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中,由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接,大大降低了系统的稳定性和可靠性。
对于变频器,主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段,因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2,长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开,不能共地。
五、接入电抗器
在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量(5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所)所占的比重是很高的,它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外,还因为它们消耗了大量的无功功率,使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同,主要有以下两种:
(1)交流电抗器串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有:
通过抑制谐波电流,将功率因数提高至(0.75-0.85);
削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击;
削弱电源电压不平衡的影响。
(2)直流电抗器串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一,就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效,可达0.95,并具有结构简单、体积小等优点。
六、合理布线
对于通过感应方式传播的干扰信号,可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有:
(1)设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线;
(2)其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。
首先,检修人员必须熟悉的基本工作原理、功能特点,具有操作基本知识。在对变频器检查及保养之前,必须切断设备总,并且等变频器主回路电压降到安全值(30 V左右)再进行。
变频器上电之前应检查周围环境的温度和湿度,温度过高会导致变频器过热报警,严重时会直接导致变频器功率器件损坏;空气过于潮湿会引起变频器内部闪络。在变频器运行时应注意冷却系统是否正常,变频器及马达是否有异常响声,变频器显示面板是否显示正常,输出U、V、W三相电压与电流是否平衡等。
变频器日常保养检修应注意检查以下几点:
1)变频器的进线电压、电流是否正常;
2)变频器所处环境的温度与湿度是否正常;
3)散热器的温度是否正常;
4)变频器冷却风机声音是否正常;
5)变频器中电路板上的大功率电阻是否变色,是否漏液及鼓肚;
6)变频器中的接线及接插件是否松动。
一般来说,和同容量普通的电线选择方法相同。考虑到其输入侧的功率因数往往较低,应本着宜大不宜小的原则来决定线径。
1.模拟量控制线。
模拟量控制线主要包括:输入侧的给定信号线和反馈信号线以及输出侧的频率信号线和电流信号线。
模拟量信号的抗干扰能力较低,因此,必须使用屏蔽线。屏蔽层靠近的一端,应接到控制电路的公共端(COM),不要接到变频器的地端(E),如图所示。屏蔽层的另一端应该悬空。布线时还应该遵守以下原则:
1)尽量远离主电路100 mm以上。
2)尽量不和主电路交叉,如必须交叉时应采取垂直交叉的方式。
2.开关量控制线。
如启动、点动、多挡转速控制等的控制线,都是开关量控制线。一般来说,模拟量控制线的接线原则也都适用于开关量控制线。但开关量的抗干扰能力较强,故在距离不远时,允许不使用屏蔽线,但同一信号的两根线必须互相绞在一起。如果操作台离变频器较远,应该先将控制信号转换成能远距离传送的信号,再将能远距离传送的信号转换成变频器所要求的信号。
3.变频器的接地。
从安全及降低噪声的需要出发,为防止漏电和干扰侵入或辐射,变频器必须接地。根据设备技术标准规定,接地电阻应不大于国家标准规定值,且用较粗的短线接到变频器的专用接地端子E上。当变频器和其他设备,或有多台变频器一起接地时,每台设备应分别和地相接,而不允许将一台设备的接地端和另一台设备的接地端相接后再接地。
4.大电感线圈的浪涌电压吸收电路。
电磁的线圈及其他各类电磁铁的线圈都具有很大的电感。在接通和断开的瞬间,由于电流的突变,它们会产生很高的感应电动势,因而在电路内部会形成峰值很高的浪涌电压,导致内部控制电路的误动作。所以,在所有电感线圈的两端,必须接入浪涌电压吸收电路。在大多数情况下,可采用阻容吸收电路
5.注意事项。
1)主电路端子R、S、T,经接触器和与电源连接,不需要考虑相序。
2)变频器的保护功能动作时,继电器的常闭触点控制接触器电路,会使接触器断开,从而切断变频器的主电路电源。
3)不应以主电路的通断来进行变频器的运行、停止操作,而需用控制面板上的运行键( RUN)和停止键(STOP)或用控制电路端子STF (STR)来操作。
4)变频器输出端子(U、V、W)可以经再接至三相电动机上,当旋转方向与设定不一致时,要调换U、V、W三相中的任意两相。
5)变频器的输出端子不要连接到器或浪涌吸收器上。
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