變頻器干擾故障診斷畢業論文

1．前言

變頻器作為一種節能的電機調速設備，以其相對較高的性能價格比，在工地獲得了愈來愈廣泛應用。大家都知道，變頻器是通過逆變電路、低通濾波器、整流電路構成。在其中逆變電路和整流電路中均用了半導體材料電子開關，在降低上則使用的是PWM控制方法，這決定了變頻器的鍵入、導出電流和電壓除開基波以外，還帶有很多的高次諧波成份。這種高次諧波成份將也會引起電網電壓波形的崎變，造成無線通信干擾電磁波，他們對周圍的機器、包含變頻器的推動目標--電動機產生不好的影響。并且由于變頻器的應用，電網電源工作電壓中也會產生高次諧波成分，電網電源里有可控硅整流設備工作的時候，會正確引導電源波型造成畸型。此外，因為遭到遭雷擊或電源變壓器啟閉，額定功率大功率電器的啟閉等，所產生的脈沖電流，也將導致電源波形畸變，這類波形畸變的電網電源給變頻器供電系統時，又把對變頻器造成負面影響。文章內容針對以上狀況進行分析并給出減少這種不良影響的對策。

2．外界對變頻器的干擾

供電系統電源對變頻器的干擾關鍵有壓、欠壓保護、瞬間斷電；浪涌保護、墜落；尖峰電壓單脈沖；頻射干擾。變頻器的供電系統電源遭受來源于被污染的溝通交流電網的諧波電流干擾后如不加解決，電網噪音便會根據電網的電源電源電路干擾變頻器。變頻器的鍵入電源電路側，是把交流電流變為交流電壓。這便是常稱之為"電網環境污染"的逆變電路。由于這種交流電壓是被耦合電容光滑以后導出給后面電源的，電源提供變頻器的實際是耦合電容的電流，這便使鍵入電壓波形造成崎變。

（1）電網上存在各種各樣整流設備、交直流電源交換機器設備、電子器件電壓調整機器設備，非線性負載及照明燈具等大量諧波源

電源互聯網內有這樣的負載都讓電網里的工作電壓、電流產生波形畸變，進而對電網中其他機器設備造成危害的干擾。比如：當供電網絡內存在一定容量可控硅換流器產品時，因可控硅總是會在每相半周期內的那一部分期限內通斷，故容易導致互聯網工作電壓發生凹口，波型比較嚴重失幀。它讓變頻器鍵入側逆變電路有可能會因發生比較大的反方向回應工作電壓而受到侵害，可能會導致鍵入控制回路穿透而損壞。

（2）電力工程無功補償柜對變頻器的干擾

電力企業對用電單位的功率因素有一定的規定，因此，很多客戶都是在變電站選用集中化電容補償的方法去提高功率因數。在無功補償柜資金投入或切出來的暫態過程中，互聯網工作電壓可能出現非常高的最高值，其結果顯示很有可能使變頻器的整流二極管因承擔太高的反向電壓而穿透。
（3）電源輻射源傳遞的干擾數據信號

電磁感應干擾(EMI)，是外界噪音和沒用數據信號在接受中造成的電磁感應干擾，一般是由電源電路傳輸以及以場的方式傳遞的[2]就是以無線電波名義向上空輻射，其輻射源磁場強度在于干擾源的電流值、裝置等效電路輻射阻抗及其干擾源的發射頻率。

針對（1）、（2）二項所產生的干擾抑止還可以在變頻器鍵入電路板上，串入溝通交流串聯電抗器，它對基波頻率中的特性阻抗是渺小的。但是對于工作頻率相對較高的高頻率干擾數據信號而言，展現非常高的特性阻抗，可以有效地抑止干擾的功效。針對（3）項的干擾數據信號主要是通過消化吸收方法來消弱。變頻器電源鍵入端，一般都加上消化吸收電容器。還可以加上專用"無線通信干擾過濾裝置"，來進一步消弱干擾數據信號。

3．變頻器對設配的干擾及防范措施

上邊早已說過變頻器可以使鍵入電源工作電壓造成高次諧波。與此同時，變頻器的導出電流和電壓除開基波以外，還帶有很多高次諧波成分，他們會以各種手段將自己的動能傳播出去，這種高次諧波對周邊機器設備產生不好的影響。在其中，供電系統電源的崎變，使處在同一供電系統電源的另一臺發生錯誤操作，超溫、噪音和震動；造成無線干擾電磁波給變頻器四周的電視、錄音機、電子產品無線通信接收裝置產生干擾，嚴重的話無法正常工作中；對變頻器的內部控制信號造成干擾，這種控制信號受干擾后，就不可以精確、正常的操縱變頻器運作，使被變頻器驅動電動機造成噪聲，震動和發熱現象。

（1）連接在同一電源機器設備所帶來的干擾

當變頻器的容積較大時，將導致互聯網工作電壓造成崎變，根據特性阻抗藕合或接地回路耦合將干擾傳到其他電源電路。清除或消弱連接在同一電源的機器所帶來的干擾，能將變頻器的導入端串入溝通交流串聯電抗器，在變頻器的整流器側插進直流電抗器。還可以在變頻器電源鍵入端插進過濾器，如下圖1所顯示:

LC過濾器是處于被動過濾器，它是由電抗器和電容器構成對高次諧波的共震控制回路，以達到消化吸收高次諧波的效果。有源濾波器工作原理是：根據對電流量中高次諧波進行檢驗，并依據檢驗結果，鍵入與高次諧波成份相位差反過來的電流量來消弱高次諧波的效果。

（2）針對所產生的無線通信干擾波

現階段，變頻器大部分都是選用PWM控制措施。變頻器脈沖信號是高頻率的開關信號，在變頻器的電壓、輸出電流里面含有高次諧波，根據尖端放電和電流的磁效應，造成無線通信干擾波。這種干擾波有些根據電纜線傳輸，有一些輻射源至空中的無線電波和靜電場直接輻射。而輻射場中金屬物件還會產生二次輻射源。一樣，變頻器外部輻射源還會干擾變頻器的正常運轉。

電纜線傳輸的無線通信干擾波的抑止，可以采取噪音過濾變電器，對高次諧波產生絕緣層；插進串聯電抗器，以增強對高次諧波成分特性阻抗，在變頻器的導入端插進過濾器。

輻射源無線通信干擾波的抑止，較傳輸無線通信干擾波要艱難一些。這類無線通信干擾大小，取決于組裝變頻器機器設備自身的構造，和電動機電纜長度等很多有一定關系。能夠盡可能減少電動機電纜線，電纜線選用雙絞對策，降低特性阻抗；變頻器鍵入、導出線裝進鍍鋅管屏蔽掉；將變頻器外殼優良地接；變頻器鍵入、輸出端串連串聯電抗器，插進過濾器。
（3）針對所產生的噪音干擾

因為變頻器使用了PWM控制方法，變頻器的導出電壓波形并不是正弦波形，根據電動機的電流量也難免會帶有很多諧波電流。變頻器輸出諧波頻率與電機轉子共振頻率的共震，在電機轉子共振頻率附近噪音擴大，變頻器輸出諧波分量使鐵芯、外殼、軸架等諧波電流則在共振頻率附近噪音擴大。因而，運用變頻器對電動機開展變速操縱時，電動機繞阻和鐵心因為諧波電流成分而出現噪音。

下面的圖2是電動機選用變頻器推動和選用電網電源立即推動后的噪聲較為。一般，選用變頻器對電動機開展推動時，電動機所產生的噪聲會比電網電源立即推動所產生的噪聲高于5～10dB。

針對噪聲的抑止能夠采取措施為:

①采用以IGBT等作為逆變模塊的載波頻率相對較高的低噪聲變頻器。采用變頻器專用型電動機，在變頻器與電動機中間串入串聯電抗器，從而減少PWM控制方法所產生的高次諧波。

②在變頻器與電動機中間插進能將輸出波形轉化成正弦波形的過濾器。

③采用低噪聲的串聯電抗器。

（4）針對所產生的震動干擾

選用變頻器對電動機開展變速操縱時，同噪聲同樣的緣故，會讓電動機造成震動。尤其是較低級的高次諧波所形成的脈沖轉距，給電動機的扭矩導出產生比較大的震動。若機械結構與這類震動產生振動時，其震動就更為嚴重。

一般可以采用下列對策減少震動：

①加強機械系統的剛度，將剛性連接改成強性聯接。

②在變頻器與電動機中間串入串聯電抗器

③減少變頻器的導出壓頻比。

④更改變頻器的載波頻率。

在變頻器對電動機開展變速環節中，假如啟動轉矩較大時，應測好到機械結構的固有頻率，隨后運用變頻器的次數彈跳作用，繞開這種固有頻率。假如轉距多量，能將U/f給出小些。

（5）針對造成控制系統電動機超溫的干擾

選用變頻器對電動機開展變速操縱，因為高次諧波的主要原因，即便是對同一電動機，在同一工作頻率下運作，電動機都將提升5%～10%的電流量。電動機環境溫度自然就會提升。除此之外，一般電動機的散熱器風扇安裝于電動機軸里的，連續開展低速檔運行中，因為自身的散熱器風扇的冷卻能力不夠，而發生電動機超溫狀況。

電動機超溫解決措施有以下幾點：

①為電動機另裝散熱器風扇，改自冷式替他冷式。提升低速檔運行中的冷卻能力。

②采用比較大容量電動機。

③改成變頻器專用型電動機。

④更改變速計劃方案，防止電動機持續低速檔運作。

伴隨著工廠機電一體化水平的提升，各種各樣干擾也日益增加，對變頻器的干擾難題有深層次的認知，并采取相應處置措施，才可以減少相互之間的互相傷害，更多方面的保證制造的正常進行及設備穩定。