变频器的合理选用及干扰抑制

黄　曙

摘要:变频器在工矿企业中的应用越来越广泛,其带来的问题也日益引起人们的重视。本文主要介绍变频器在应用系统中如何选用及干扰产生的来源及其传播途径。提出了抗干扰的实际解决方法。

关键词:变频器;电磁干扰;抑制

随着电力电子技术、微电子技术的飞速发展,大功率整流器件的制造工艺得到了进一步发展,变频器的发展日新月异,在工矿企业变频器得到广泛的应用,应用变频器有四大优点:

第一可满足调速的工艺要求,变频调速器的调速范围均在10:11以上。

第二便于实现自动化控制,由于变频器本身是由1个16(或32)位微处理器所控制,设有RS485(或422)、A/D输入、D/A输出接口,为自动控制创造了充分条件。

第三获得可观的节能效果,如在较大功率(15KW以上)风机,泵类的应用中尤为明显,可节能20%以上。

第四降低维修工人劳动强度,由于调速系统整体可靠性高、故障低、维修周期长,可减轻有关维修人员工作量。我公司从2000年开始大量采用变频器调速技术,在制浆造纸等设备上应用,取得了显著的经济效益,根据多年的工作经验,下面谈谈变频器的合理选用及干扰抑制:

1变频器的合理选用

变频器的选用,应按照被控对象的类型、调速范围、静态速度精度、启动转矩等来考虑,使之在满足工艺和生产要求的同时,既好用、又经济。

1.1变频器及被控制的电机

电机的极数,一般电机极数以不多于4极为宜,否则调速意义不大;转矩特性,临界转矩,加速转矩。在同等电机功率情况下,相对于高过载转矩模式,变频器规格可以降格选取。

电磁兼容性。为减少主电源干扰,在中间电路或变频器输入电路中增加电抭器,或安装前置隔离变压器,一般当电机与变频器距离超过50米时,应在它们中间串入电抗器,滤波器或采用屏蔽防护电缆。

下表列出不同类型变频器的主要性能及应用场合。

1.2变频器箱体结构的选用

变频器的箱体结构要与条件相适应,必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素,有以下几种常见结构:

敞开型IP00型:本身无机箱,可装在电控箱内或电气室内的屏盘架上,尤其适用于多台变频器集中使用时选用,但环境条件要求较高。

封闭型IP20型:适用于一般用途,可有少量粉尘或少许湿度的场合。

密封型IP45型:适用于工业现场条件较差的环境。

密闭型IP65型:适用于环境条件较差,有水、灰尘及一定腐蚀性气体的场合。

1.3变频器功率的选用

必须注意变频器负载率及效率的关系,系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积,从效率角度出发,在选用变频器功率时,要注意以下几点:

变频器功率与电动机功率相当时为最合适,以利于变频器在高效率状态下运转。在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时,则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率,并且应略大于电动机的功率。当电动机属频繁启动,制动工作或处于重载启动且较频繁时,可选取大一级的变频器,以利于变频器长期安全地运行。经测试,电动机实际功率确有富余,可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器,但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。当变频器与电动机功率不相同时,则必须相应调整变频器参数的设置,以利于达到较高的节能效果。

1.4变频器容量的确定

合理的容量选择本身就是最经济实用,比较简便的有三种方法:

电机实际功率确定法:首先测定电机的实际功率,以此为基础来选用变频器的容量。

公式法:设安全系数取1.05,则变频器的容量

Pb=1.05Pm/ηm×cosφ (KW)

式中Pm为电机负载,ηm为电机效率,计算出Pb后,按变频器产品目录可选用具体规格。

当一台变频器用于多台电机时,至少要考虑一台电动机启动电流的影响,以避免变频器过流跳闸。电机额定电流法。变频器容量选定过程,实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程,最常见,也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率,但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少,通常都是设备所选能力偏大,而实际需要的能力小,因此按电机的实际功率选择变频器是合理的,避免选用的变频器过大,使投资增大,对于轻负载类,变频器电流一般应按1.1In(In为电机额定电流)来选择,或按厂家在产品中标明的与变频器的输出功率额定值相配套的最大电机功率来选择。

2变频器应用中的抗干扰措施

变频器在应用中的抗干扰主要表现在:高次谐波,噪声与振动、负载匹配,发热等问题,这些干扰是不可避免的,因为变频器的输入部分为整流电路,输出部分为逆变电路,它们都是由起开关作用的非线性元件组成的,而在开、断电路的过程中,都要产生高次谐波,从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变,下面针对谐波问题进行分析并提出相应措施高次谐波的危害性较大,高次谐波的干扰,可以影响到设备和检测元件,严重时可能使这些设备产生误动作,根据有关的文献报告,各种对象对高次谐波的敏感程度如下:电动机在10--20%以下无影响,仪表电压畸变10%,电流畸变10%,误差在1%以下;电子开关超过10%会产生误动作,计算机超过5%会出错。签于以上情况在工业现场,必须采取措施降低干扰,把干扰抑制在允许范围内。

2.1切断干扰的传播途径

干扰的传播常通过使用的接地线传播,将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法。

信号线靠近有干扰的导线时,干扰会被诱导到信号线上,使信号受到干扰,布线分离对消除这种干扰行之有效,实际电缆铺设中需把高压电缆,动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开布线,分开走不同的桥架,变频器的控制线也最好与主回路线路以垂直方式布线。

2.2抑制高次谐波

在变频器前侧安装线路电抗器,可抑制电源侧过电压,并降低变频器产生的电流畸变,避免使主电源受到严重干扰。在变频器前加装LC无源滤波器,滤掉高次谐波,通常可滤掉5次和7次谐波,该方法完全取决于电源和负载,灵活性小。当设备的附近环境受到电磁干扰时,应装设抗射频干扰滤波器,可减少主电源的传导发射,且要采取措施屏蔽电机电源。当电机与变频器电缆长度大于50米或80米(非屏蔽)时,为了防止电机启动时的瞬时过电压,减少电机对地的泄漏电流和噪声,保护电动机,在变频器与电机之间安装电抗器。采用变压器多相运行,通用变频器为六脉波整流器,因此产生的谐波较大,如果采用变压器多相运行,使相位角互差300,如Y-△、△-△组合的变压器构成12脉波的效果,可减少低次谐波电流,很好地抑制谐波。

变频系统的供电电源与其它设备的供电电源相互独立,或在变频器和其它用电设备的输入侧安装隔离变压器,增断谐波电流。

3案例

一台ABB(Acs601)变频器安装调试时,当频率上升(自动状态)时,电机发出异常啸叫声,而且升速非常缓慢,此变频器从0Hz上升至50Hz所需时间设定为15s,而此时从0Hz在上升至40Hz就需要122s。当频率上升至4lHz时,变频器突然停止,再启动,又重复上述现象。在频率为40Hz时,用万用表测量变频器端子(U2、V2、W2)电压为702V,测主电源端子电压为380V。初步判断为电磁干扰故障。在电机电缆中串联电抗器,故障消失。

一台ABB(Acs601)变频器安装调试时,其周围的电器仪表数据显示异常,说明对周围的电器仪表产生了干扰。首先检查电磁干扰接地,重新搭接接地线(清除壳体油漆)又将电机电缆屏蔽层两端分别接在变频器和电机末端的PE端子上,变频器正常工作,异常现象消失。

参考文献

[1]杜金城.电气变频调速设计技术,中国电力出版社2002.

[2]王占奎.交流变频调速技术应用例集,科学出版社1995.

作者简介:黄曙 1962、7、男、汉族,大学本科学历,工程师,从1990年起长期从事机电一体化、电气自动化控制研究工作。