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高压变频器的干扰状况及处理分析

2014-11-26 08:59:37
高压变频器的干扰状况及处理分析
nterference Condition and the Processing and Analysis of the High-voltage Inverter
                     山东新风光电子科技发展有限公司 赵树国  马云生
Zhao Shuguo  Ma Yunsheng
摘  要:本文主要介绍了高压变频器的干扰的状况与途径,并对相关干扰状况进行抗干扰的处理。
关键词:高压变频器   耦合  干扰  屏蔽    
Abstract: This paper describes the status and means of the high-voltage inverter interference, anti-jamming processing and related interference conditions.
Key words: High-voltage inverter   Coupling   Interference  Shielding

1 引言
       高压变频器从上世纪90年代后期到现在已经历了十几年的发展,逐步趋于成熟,级联式高压变频器成为主流,具有用低压器件实现高压输出,谐波污染小,成本相对较低,功率单元可互换,具备冗余性等优点,但其在整在发展过程中也碰到了很多问题,最大的问题是干扰问题。山东新风光科技发展有限公司研发生产高压变频器也有十几年的时间了,在这个过程中同样也遇到了很多干扰的问题。
       如图1所示是一个设备接收外界干扰与产生对外干扰的几种途径:
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图1
       其中:
       1为电源的传导干扰
       2为信号线的传导干扰
       3为设备向外辐射和接收的干扰
       4为电源线作为天线向外辐射和接收的干扰
       5为信号线作为天线向外辐射和接收的干扰
       6为设备内部干扰
       7为地线混入的干扰
       在实际中,设备之间发生干扰通常包含着许多途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在,反复交叉,共同产生干扰,才使得EMI变得难以控制与消除。
       干扰的形成过程是:干扰源发出干扰信号,经过耦合通道达到受干扰设备上。
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图2
       要有效的抑制干扰,首先要找到干扰的发源地,防患于发源处是抑制干扰的积极措施。但是很多情况下很难确定干扰源,有时即使确定了干扰源也无法采取措施,比如说某个现场,可以确定是现场起动大负载电机在断路器吸合时产生干扰,导致变频器跳机,这就无法采取措施将干扰源去掉,因为总不能让用户不起动大负载吧?
       再就是由于主回路的非线性(进行开关动作),同时电压又高,电流又大,这样变频器本身也就是一个很强的谐波干扰源,而其周边及自身的控制回路却是小能量、弱信号回路,极易遭受变频器自身或其他装置产生的干扰,而致变频器自身或系统周边设备无法正常工作。
       因此当产生难以避免的干扰时,削弱通道对干扰的耦合以及提高受干扰设备的抗干扰能力就成为非常重要的方法。
       耦合是干扰源与受干扰设备之间的通道。分为三种形式:①直接耦合②感应耦合③辐射耦合
       直接耦合是借助导线将骚扰源直接传递给受干扰设备的,这种耦合很明显是不能用切除这根传输线的手段达到目的,只能用隔离的措施来抑制由直接耦合侵入的干扰。
       感应耦合是由感应场传输能量,有随距离成平方衰减的特性,因而其能量随传播距离的增加而衰减的速度很快,只能采用屏蔽技术来实现。
       辐射耦合与感应耦合相似,只能用屏蔽技术来实现。
       总的来说干扰分两种,一种是外部对变频器的干扰,另一种是变频器对外部或自身的干扰。前一种使变频器不能正常工作,后一种使系统不能正常工作。总之,无论何种干扰,都会导致变频器不能投入运行,这就是要解决的问题。干扰现象有很强的随机性,可能十个现场没有,但下一个现场可能就出现了;试验十次没有,可能下一次就出现了。这种随机性也就决定了干扰现象的处理难度大。     
2高压变频器控制回路介绍级相关处理措施
       2.1变频器的控制回路
       高压变频器干扰与抗干扰的处理主要是在控制回路中进行,变频器的控制回路由以下几个方面组成:
       1)变频器同外部进行联系的信号的基本回路有模拟与数字两种:①4~20mA电流信号回路(模拟);0~5V/10V电压信号回路(模拟)。②开关信号回路,变频器的开停指令、正反转指令等(数字)。③通信回路,外部与变频器的联系可能采用通讯的方式进行监控。
       外部控制指令信号通过上述基本回路导入变频器,同时干扰源也在其回路上产生干扰电势,以控制电缆为媒体入侵变频器.同时变频器也可能通过这些回路的控制电缆干扰到外部设备。
       2)变频器内部控制线路,如线路板走线、各线路板之间信号连线、供电电源等均是弱电信号,是最易引入干扰的地方,也是最易受到干扰,导致变频器无法运行的地方。
       2.2干扰的基本类型及抗干扰措施
      (1)静电耦合干扰:指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合,在电缆中产生的电势。
       措施:加大与干扰源电缆的距离,达到导体直径40倍以上时,干扰程度就不明显了。在两电缆间设置屏蔽导体,再将屏蔽导体接地。
       电缆线的屏蔽层接地问题:我们经常困惑的是要不要接地,要几点接地?是始端接地还是终端接地等等?
      查相关资料,以100KHz磁场干扰为例说明:
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图3
       从图3衰减情况看,A-F的屏蔽效果不好,若必须采用两端接地,则应采用C或F的形式。G-K的屏蔽效果要好的多,但K一般不建议选用,因为在屏蔽层上的任何噪声电流和电压都可作用到信号线上。100Ω(始端)直接接地是不合适的,因为两端接地为地环路提供了分流,使磁场屏蔽性能下降。
       (2)静电感应干扰:指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势.干扰的大小取决干扰源电缆产生的磁通大小,控制电缆形成的闭环面积和干扰电缆与控制电缆间的相对角度。
       措施:一般将控制电缆与主回路电缆或其他动力电缆分离铺设,分离距离通常在30cm以上(最低为10cm),分离困难时,将控制电缆穿过铁管铺设,将控制导体绞合间距越小,铺设的路线越短,抗干扰效果越好。
       (3)辐射干扰:指控制电缆成为天线,由外来电波在电缆中产生电势,干扰变频器。如大负荷的断路器吸合时产生的干扰。
       措施:这种干扰比较好的解决办法是屏蔽受干扰部件,不可能将干扰源去掉。如将线路板放入控制箱内,进行电磁波屏蔽,屏蔽用机箱外壳要接地。箱内线路板间连线尽量采用双绞线。当然板级的电磁兼容设计也是很重要的,在这儿不再缀述。
       双绞线在用于低频时的电磁感应有很好的抑制效果,据相关资料表明,双绞线的屏蔽效果与单位长度的扭绞次数成正比。如在同一位置上的一对平行线的感应衰减为0dB,则双绞线节距为10cm时,衰减为23dB,节距为5cm时,衰减为41dB,节距为2.5cm时,衰减为43dB,由此可见节距与衰减是不成正比的,但节距越密,双绞线的衰减越强,抗干扰性能就越好,但根据不同的线径,节距是有不同的,否则会损坏导线,引起其他的故障。
      (4)电源线传导干扰:指各种电气设备从同一电源系统获得供电时,由其他设备在电源系统直接产生电势。
       解决方法是变频器的控制电源由另外系统供电,在控制电源的输入侧装设线路滤波器或隔离变压器,且屏蔽接地。
       (5)接地干扰:当设备接地电位不等时,则会在屏蔽层里形成电流,从而在内部导线上感应出噪声电压,这种地线干扰是系统中常见的现象。
       解决的方法是尽量使地线的电位相同,电缆线屏蔽层接地的方法是多种多样的,根据不同的现场状况会有不同的接地方法,如单端接地这种方式就可能有两种可能,一是在始端接地,一是在终端接地,也可能双端接地,也有的状况是两端都不接。总之是想办法让电缆线屏蔽层里的电流为0,从而减少干扰,达到最好的抗干扰效果。    
3其他方面注意事项
      (1)装有变频器的控制柜,应尽量远离大容量变压器和电动机或其开关柜。其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设置。
       (2)弱电压电流控制电缆不要接近易产生电弧的断路器和接触器。
       (3)软件程序在编写的时候也需加强抗干扰的处理,要有较强的纠错能力与抗干扰能力。
4结束语
       高压变频器经过了十几年的发展,工艺等基本趋于成熟,功能也越来越多,也积累了相当丰富的应用经验,其可靠性等有了飞速的发展,现在也被广大客户认可并广泛使用,相信高压变频器会为节能事业做出巨大贡献。
 
 


 
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