解决变频器干扰低压电子设备的经验

 1、变频器

        近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。所以变频器的应用越来越多，用于控制抽水的水泵就常常采用变频器控制，本文所发生的变频器干扰就发生打开变频器控制浇水时，出现了变频器干扰低压电子设备，导致设备的部分功能失效。

2、现场的电气设备连接

     变频器安装在绿化带中，变频器从低压配电箱中接一条4芯线供电电缆，电缆中有3个火线1个零线，变频器输出三个变频后的火线给水泵，从变频器供电前端的4芯电缆中取出一个火线一个零线给低压电子设备（无线电磁阀控制器主站）供电，无线电磁阀控制器主站通过一个两芯电缆下挂了多个控制电磁阀的从站设备，两芯电缆有800米长，电磁阀从站是安装在离变频器很远的地方，所有从站都是并联到这条两芯电缆上面的，内部采用的是powerbus的通信技术，即供电又传输数据，整个系统的电气连接图如下。

3、故障现象

      当水泵不开，即变频器不开时，无线电磁阀控制器的主站与下挂的电磁阀从站通信正常。当水泵打开，即变频器打开时，无线电磁阀主站与从站无法通信，但是无线电磁阀控制器主站的其他功能（4G通信功能正常），只有这个主站与从站的通信受到干扰。

      现场的实际布线2芯的供电通信电缆和380V供电的电缆有100米的长度同时穿在一个线管中，初始分析是变频器打开后，污染干扰了供电的电缆，干扰通过空间辐射干扰了2芯供电+通信的电缆。现场通过更换无线电磁阀控制器主站的安装位置，避开了与380V供电电缆的同时并行穿管走线，问题现象依然没有解决，看来这种干扰不是通过空间辐射干扰了，那么干扰是来自传导干扰了。

       经过查阅资料分析得出，变频器干扰进入了380供电电缆中，无线电磁阀控制器主站从380V供电电缆中取一个单相电，干扰通过电源线传输到设备中，设备中的电源模块采用的是明纬开关电源把220V交流电变成直流36V，36V用于2芯线供电通信，变频器干扰通过开关电源，但是开关电源是内部有变压器隔离，为什么还能传导干扰呢？经过分析开关电源的内部变压器，此变压器采用是铁氧磁体制成，磁导率高，是一种高频变压器，所以传导了干扰。

       针对上面的理论分析，A、现场可以通过加装电抗器来补偿变频器产生的干扰，让供电质量变好，此方案是最优解决办法 ，但是电抗器体积大，价格高客户不会接受新的投资，此方案不可行。B、只解决无线电磁阀控制器主站供电的220V电源的供电质量，首先想到是加一个电源滤波器，在电子市场上购买了一个，加装上去，无效，现场整个电气系统没有做接地端子，可能与这个原因有关，滤波器的过滤干扰无法传导到大地中去。C、通过增加隔离变压器的方法，隔离到220供电电源上的干扰，根据用电功率购买了一个50W 220V输入 220V输出的变压器，安装位置如下图，安装上去问题解决。

 

4、理论分析

 

      变频器的主电路一般由交-直-交组成，外部输入的380 V/50 Hz 的工频电源经三相桥路晶闸管整流成直流电压信号后，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关器件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅里叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，对于GTR 大功率逆变器件，其PWM的载波频率为2耀3 kHz，而IGBT大功率逆变器件的PWM最高载频可达15 kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。

     用于电机调速的交-直-交型通用变频器一般是6脉动装置，其谐波电流含有率如下图所列。

     

     此外，交-交型变频器通过一套可关断晶闸管和斩波技术，不经过整流这个环节，把电网工频直接变成交流调速电机所需要的交流频率。交-交型变频器除了向电网系统注入高次谐波外，还注入谐间波（即频率不是工频倍数）电流。谐波电流的频率和含量随电机的工况变化而变化。

     变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强，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，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式；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他设备，这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式；最后变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流，感应的方式又有两种：即电磁感应方式，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。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。

                                                     作者：龙腾   QQ283669063  [email protected]