变频器对电网的干扰问题及解决措施.doc

变频器对电网的干扰问题及解决措施变频器对电网的干扰问题及解决措施卢文祥摘要:介绍变频器谐波的产生机理和一些常用谐波抑制技术,了解干扰的来源,传播方式,对电网危害,以及对这些干扰采取的措关键词:变频器;干扰;措施1引言在工业调速传动领域中,由于变频器调速广泛应用,变频器的逆变器大多采用PWM技术,变频器自身逆变电路的开关特性,对其供电电源形成了一个典型的非线性负载,当变频器工作于开关模式且作高速切换时,产生大量耦合性噪声,变频器在现场通常与其它设备同时运行,这些设备常常安装得很近,这样可能会造成相互影响.变频器谐波对电力系统中电能质量有着重要的影响.2谐波产生(1)输入电流的波形变频器的输入侧是二极管整流和电容滤波电路.显然只有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时,整流桥中才有充电电流.因此,充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近,呈不连续的冲击波形式.它具有很强的高次谐波成分.有关资料表明,输入电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的,分别是50Hz基波的80%和70%.(2)输出电压与电流的波形绝大多数变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式,其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形式形波;由于电动机定子绕组的电感性质,定子的电流十分接近于正弦波.但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的.3干扰信号的传播方式变频器能产生功率较大的谐波,由于功率较大,对系统其它设备干扰性较强,其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分传导(即电路耦合),电磁辐射,感应耦合.具体为:首先对周围的电子,电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声,使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源,通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流.同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作.(1)电路耦合方式即通过电源网络传播.由于输入电流为非正弦波,当变频器的容量较大时,将使网络电压产生畸变,影响其他设备工工作,同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损,铁损大幅增加,影响了电机的运转特性.显然,这是变频输入电流干扰信号的主要传播方式.(2)感应耦合方式当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时,变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去.感应的方式又有两种:电磁感应方式,这是电流干扰信号的主要方式;静电感应方式,这是电压干扰信号的主要方式.(3)空中幅射方式即以电磁波方式向空中幅射,这是频率很高的谐波分量的主要传播方式.4谐波危害对于电力系统来说,电力谐波的危害主要表现有以下几方面:(1)增加输,供和用电设备的额外附加损耗,使设备的温度过热,降低设备的利用率和经济效益:电力谐波对输电线路的影响:谐波电流使输电线路的电能损耗增加.当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时,对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿.电力谐波对变压器的影响:谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗,涡流损耗及绝缘的电场强度,谐波电流的存在增加了铜损.对带有非对称性负荷的变压器而言,会大大增加励磁电流的谐波分量.电力谐波对电力电容器的影响:含有电力谐波的电压加在电容器两端时,由于电容器对电力谐波阻抗很小,谐波电流叠加在电容器的基波上,使电容器电流变大,温度升高,寿命缩短,引起电容器过负荷甚至爆炸,同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振,使故障加剧.(2)影响继电保护和自动装置的工作可靠性:特别对于电磁式继电器来说,电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动,使其动作失去选择性,可靠性降低,容易造成系统事故,严重威胁电力系统的安全运行.(3)对通讯系统工作产生干扰:电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时,会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压,干扰通信巨囫塑燕2011年4系统的工作,影响通信线路通话的清晰度,甚至在极端的情况下,还会威胁着通信设备和人员的安全.现在使用的变频器大多采用PWM控制方式,逆变后的变频器输出电流波形模拟接近正弦波,可使电动机平滑运行并减少由于电动机转速变化和电流波动引起的能量损失.但由于在采用PWM控制方式时逆变电路中半导体开关器件以相当高频率(大于4MHz)进行开关动作,在变频器的输出电压和输出电流中含有高次谐波,这些高次谐波的最高频率可达20MHz,并通过静电感应和电磁感应而成为电波噪声.电波噪声包括传导噪声和辐射噪声,前者通过电源导线传播,后者由辐射至空中的电磁波和磁场直接传播.传导噪声是由于输出电压高频脉冲dV/dt造成的,它会使主电机绝缘恶化;会与机械轴系发生共振;会加大电动机转子轴头两端,轴与轴承间的轴电压,通过油膜放电使轴和轴承提前损坏.传导噪声可干扰PLC正常工作,可使负荷限制器误差更大,使电子式近接开关,光电开关误动作.变频器的高频电磁波辐射噪声大部分集中在150kHz1.5MHz频段,会对通讯用的无线对讲机,无线遥控器,无线吊钩秤,司机室收音机和扩音机以及电话机等设备产生干扰,影响其使用效果和质量.(4)对用电设备的影响:电力谐波会使计算机的图形畸变,画面亮度发生波动变化,使计算机及数据处理系统出现错误,严重甚至损害机器.此外,电力谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响.5变频调速系统对电网的抗干扰措施一般从抗和防两方面入手来抑制干扰,其总原则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.具体措施在工程上可采用隔离,滤波,屏蔽,接地等方法.(1)使用无源滤波器或有源滤波器.通常是电源和放大器电路之问电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器.普通从实用,降低成本起见,一般不采有源滤波器.采用输出滤波器,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,且能削弱电动机中由高次谐波谐波电流引起的附加转矩.在加入电抗器之后,输入电流的尖峰变小,同时二极管的导通时间变长,因此可以降低变频器的电流谐波含量.尽量采用工程型PWM控制方式的整流电路.这种控制方式的电路与PWM控制方式的逆变电路结构相同,并能适当控制使变频器的输入电流波形近似成为正弦波,其产生的高次谐波成分非常小,但这种整流电路的缺点是电路结构复杂,陈斌高.(2)增加变压器的容量,减少回路的阻抗及切断传输线路法.减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积,减少回路的阻抗方式来实现.目前,国内较多采用提高变压器容量,增大电堇国困2011年4月缆截面积,特别是加大中性线电缆截面,以及选用整定值较大的断路器,熔断器等保护元件等办法,但此种方式不能从根本上消除谐波,反而降低了保护特性与功能,又加大了投资,增加供电系统的隐患.(3)屏蔽干扰源,通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号线采用双芯屏蔽.周围电子敏感设备线路也要求屏蔽,并且屏蔽罩必须可靠接地.(4)合理布线,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,通讯电缆与动力电缆完全分离,分层别类布线.(5)正确的接地,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.6结束语通过对变频器应用过程中干扰的来源和传播途径的分析,提出了解决这些问题的实际