变频器运行的干扰的分析和解决姚宝森

变频器运行的干扰的分析和解决姚宝森

姚宝森

国家新闻出版广电总局2024台

摘要：本文针对电网和变频器后端设备运行以及自身中存在的尖峰脉冲以及高频电磁干扰对变频器，主要解决尖峰脉冲和高频电磁干扰，为了提高设备安全运行可靠稳定性。

关键词：尖峰脉冲；干扰；变频器

引言：在各种产业控制系统中，随着变频器等电力电子装置的广泛使用，对电网系统的电磁干扰和变频器后端日益严重，针对目前变频器运行中供电电源电网和变频器后端设备以及自身产的脉冲尖峰以及高频电磁干扰对变频器系统不同程度的影响，同时变频器自身产生的尖峰脉冲也会影响电网。在日常运行中，有时能直接造成系统的硬件损坏，有时使微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵、死机等现象，从而造成设备异常或故障运行，事故扩大。

我们根据几年维护中频繁出现的各类故障现象，查询资料、环境等综合分析、根据实际情况，从三个方面主要分析：其一、电源中会存在一定的尖峰脉冲；其二、变频器在工作过程中会产生尖峰脉冲，对其他设备和电网的干扰；其三、高频电磁以及电磁干扰的影响。针对每个环节的薄弱部分和影响因素分析关键问题。

电源中会存在一定的尖峰脉冲。首先在电网力系统中变（升、降压）电过程也产生脉冲尖峰（变压器），同时用户的负载（电动机）也会产生脉冲尖峰。由于发电、变电、输电、配电和用电是连续、不间断的过程中也会产生，同时用户设备也会产生尖峰脉冲，特别是变频器是产生电力系统高频尖峰脉冲的源头影响整个电网，所以使整个电网力系统中客观存脉冲尖峰。

目前针尖峰脉冲，用户基本依赖设备自身简单的处理，各方面性能相对还是比较弱。但是对重要的用户来说这是一个难点。在解决供电电源对变频器有过压、欠压、瞬时掉电、尖峰电压脉冲的问题，有助于提高重要用户的需求。一般脉冲尖峰超过5%就会导致设备的误动作，影响设备运行。在实际运行中，变频器频繁出现死机、故障等异常告警，对变频器的CPU主板有很大影响。

其次变频器的工作原理变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压频率的交流电的变换器，是异步电机变频调速的控制装置。其一、变频器就是利用这一原理将50Hz的交流正弦波电压通过整流电路变回成有波动、比较平滑的直流电的过程，再通过逆变电路把有波动、比较平滑的直流电变成脉宽调制的电压波形（PWM），变频器驱动电机的电压波形是脉宽变化的脉冲波形，而不是正弦波电压波形，同时转换为频率可调的电源，供设备运行，在这个过程中产生尖峰脉冲；其二、脉冲电压在电缆上传输时，如果电缆的阻抗与负载的阻抗不匹配，在负载端会产生反射，损害变频器后端设备如电机等。

最后高频电磁以及电磁干扰的影响。其一、电磁干扰一般都分为两种，接触传导干扰和辐射干扰。接触传导是由电源供应回路所形成的电磁波杂讯，透过实体的电源线或信号导线传送至电源电路内的一种电磁波干扰模式，此状况会造成与干扰设备使用同一电源电路的电气设备被电磁杂讯干扰，产生功能异常现象，通常发生在较低频；幅射传导则是电路本身通电之后，由电磁感应效应所产生的电磁波幅射发散所形成的电磁干扰模式，常见于高频。幅射传导EMI产生的问题通常较接触传导严重。目前运行设备既有传导干扰，又有辐射干扰。其二、设备运行的环境相对复杂，设备与设备之间、元件于元件之间，系统与系统之间、其他设备产生的高频电磁以及电磁干扰等等，任何电子电气设备都可能产生人为干扰，它是客观存在的。其三、运行环境特殊。位于大功率中波发射台附近，由于存在强高频电磁场相互干扰，以及各系统之间的相互感应，导致变频器受到严重影响的关键原因。其四、电子电路的分布参数设计不合理、环境、湿度等因素降低了电子电路的稳定性，使其发生干扰现象。其五、引起高频电磁以及电磁干扰的原因种类复杂，其核心为静电放电干扰。

针对以上存在的问题，结合实际运行情况等的考虑。首先，我们在电源输入至变频器电源输入之间加三相全自动补偿式稳压器、在变频器输出端与设备输入之间SVA尖峰电压吸收器，首尾脉冲尖峰进行消除，其次采用特殊材料降低以至于消除高频的干扰等影响。最后通过首尾以及各部分脉冲尖峰、设备运行情况的监测、保护等。为了提高设备安全运行可靠稳定经济、科学、合理的运行条件。

对变频器运行中频繁出现的故障，我们对变频器运行负载的电路进行改进前、后框图如下：

原理框图说明：在为改进前电源、变频器、电机，在原来基础上的电源输入加如电网滤波、在变频器输出加入变频滤波（灰色框图为改进部分）

原理：让电源输出经过三相全自动补偿式稳压器进行稳压，提高电源稳定、可靠性；同时吸收电网中尖峰脉冲，有效的保护变频器，同时为变频器创造一个稳定、可靠的运行条件；从变频器输出端经过SVA尖峰电压吸收器，吸收稳压后变频器运行中产生的尖峰脉冲，有效的保护电动机。

通过稳压器对电网中客观存在的尖峰电压消除，同时对电源进行稳压。要电路由正弦能量分配器和大功率滤波器并联组成，当市电输入电压变化或负载电流变化时，正弦能量分配器以半个周期的正弦波电流形式，将能量按需要精确地输入到电感器，调整电感器的电感量，确保输出电压高精度稳定。

SVA尖峰电压吸收器的原理框图如图上图所示，它的工作过程如下：

1）尖峰电压检测电路实时检测电机电源线上的电压幅度。

2）当检测到电压的幅度超过设定的阈值时，控制尖峰能量缓冲电路，使其吸收尖峰电压的能量。

3）当尖峰电压的能量充满尖峰能量缓冲器时，尖峰能量吸收控制阀门打开，使缓冲器中的尖峰能量泄放到尖峰能量吸收器，将电能转变成热能。

4）温度监控器监测尖峰能量吸收器的温度，当温度过高时，适当关闭尖峰能量吸收控制阀门，减小能量的吸收（在保证电机受到保护的前提下），避免尖峰电压吸收器过热而损坏。

5）轴承电流吸收电路的作用是将轴承电流吸收掉，保护电机轴承。

高频电磁以及电磁干扰的采取屏蔽、滤波、接地三种方法。我们采取在传导干扰和辐射干扰方面都入手。

1、可在传导上采用及设备连接的电缆采用高导电率的材料电缆屏蔽；2、使用EMI导电漆喷涂技术具有高导电性、高电磁屏蔽效率、喷涂操作简单；3、电磁屏蔽机理：利用电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收；4、设备中加装电磁兼容性（EMC）以及（EMI）；5、设计静电吸收器、优化电路，尽量减少每个回路的有效面积；6、放置除湿自动加热装置，为设备运行创造合适的环境、湿度等。我们采取多种方法相结合，综合治理。

在三相全自动补偿式稳压器输入端、输出端，SVA尖峰电压吸收器输入端、输出端监测尖峰脉冲的情况，同时也监测电机的运行电压、电流、

转速、温度等各方面，通过各部位运行监测，数据分析，中央信号装置及时告警并对设备启动保护功能，防止设备损坏。

变频器运行维护中的改进后的特点：

1、有效的防电网中和变频器自身产生的的尖峰脉冲对自身以及其它附属设备的影响。

2、长期考虑对设备的寿命，稳定性、可靠性、安全性能大大提高了。

3、有效的减少了设备的异常运行的故障率降低，稳定性提高，自动化程度提高，为生产运行提供了有力保障。

4、对设备全面监测、保护，有效降低设备损坏。

变频器运行维护中的改进后的缺点：

1、辅助设备太多，故障点增多，监测太多，

2、成本比较高，维护比较难。

在变频器输入前端加装让电源经过三相全自动补偿式稳压器、输出后端加SVA尖峰，以及为设备设置静电吸收吸收器、自动除湿加热装置、优化电路等为运行创造相对适宜的环境很重要。可适用于用变频器的设备，范围较广，有利于促进安全生产，适合大范围推广。

目前在自动化控制、生产进程中几乎离不开变频器，如我们接触的电梯、变频空调、供水循环系统、企业生产等，。变频器已经开始渗入到生产、生活的各个角落。各种故障的发生是我们对使用变频器也产生许多前所未有的困扰，各种现象影响了我们的生活，越来越被人们所关注。

参考文献：

[1]变频器应用手册吴忠智吴加林编著机械产业出版社

[2]电磁干扰排查及故障解决的电磁兼容技术（法）米切尔•麦迪圭安（MichelMarciano）著；刘萍，魏东兴等译机械产业出版社

[3]电磁兼容性原理与设计王定华著电子科技大学出版社