[电磁兼容]第十三节 变频器会带来哪些电磁兼容/电能质量问题 [复制链接]

变频器的出现为工业自动化控制、电机节能带来了革新。工业生产中几乎离不开变频器，即使在日常生活中，电梯、变频空调也成为不可缺少的部分，变频器已经开始渗入到生产、生活的各个角落。然而，变频器也带来了许多前所未有困扰，典型的现象包括： yr)e."#S  
　　变频器工作时，继电保护器误动作; 0|{":i_s  
　　变频器工作时，PLC工作异常、仪表读数错误; -*2b/=$u  
　　工厂安装了变频器后，无功补偿电容不能投切或者烧毁; m-qOyt  
　　工厂安装了变频器后，原来的配电系统不再满足要求，电缆、变压器过热，配电盘跳闸，变压器噪声增加; ,pW^>J  
　　变频器驱动的电机，发热严重、噪声增加; 5yp  
　　变频器驱动的电机，绝缘容易损坏，轴承容易损坏。 zj=F4]w  
　　变频器之所以带来这些问题，是由变频器的工作原理所决定的。变频器主要由两部分组成：整流器和逆变器，整流器和逆变器是导致上述现象的根本原因。整流器工作时产生谐波电流，这在前面已经进行了充分的讨论。逆变器对直流电压进行控制，产生脉宽调制(PWM)波，PWM电压波形是电磁干扰和损伤电机的根本原因，如图1所示。 :k~ p=ko  
　　现代变频器的体积更小，效率更高。然而，伴随着这些技术进步，上述的一些问题也越来越严重。之所以出现这样的情况，是因为现代变频器中使用了高性能的IGBT作为输出电路的开关器件，这种器件的开关速度非常快，使PWM波形的上升沿与下降沿很短。根据付立业分析，脉冲的上升沿越短，则意味着脉冲中所包含的高频成份越丰富。高频成份丰富，意味着会有更多的机会产生电磁辐射与电磁耦合。另外，PWM更短的上升沿时间，也会对电机产生更严重的损伤。 UQtG<W]<  
　　变频器的导致电磁兼容问题和电能质量问题的根本原因如表1所示。 OW8TiM mK  
　　表1 变频器导致电磁兼容问题的机理和现象

序号	机理	导致的现象
1	;=8@@9   电源线向电网注入谐波电流	继电保护器误动作； -AKbXkc~\   PLC工作异常、仪表读数错误； ML X: S?   无功补偿电容不能投切或者烧毁； q,j` _ R 4   电缆、变压器过热，配电盘跳闸，变压器噪声增加；
2	}5"19 Go?   电源线向电网注入射频电流	使用同一个电网的电子设备、PLC工作异常、仪表读数错误； a#,lf9M   计算机工作异常 Rs 0Gqx   数控设备精度降低
3	y#e<]5I   电源线产生电磁辐射	邻近的电子设备、PLC工作异常 s,GGO3^   仪表读数错误；
4	L|w} #|-   输出电缆产生电磁辐射
5	TM$`J   输出的PWM电压在电机端产生尖峰电压	变频器驱动的电机，绝缘容易损坏 lD)QB!*v   电机发热严重、噪声增加；
6	KRP)y{~o   输出的PWM电压在电机轴承中产生轴承电流	变频器驱动的电机，轴承容易损坏 M7n|Z{?(

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　　由于变频器工作时产生了很多电磁兼容和电能质量问题，因此，在使用变频器时，要采取适当的措施，减小这些电磁兼容和电能质量问题可能。航天科工集团二院706所，凭借对变频器所关联的电磁兼容问题的深入研究，开发了系列产品，能够解决变频器带来的各种电磁兼容和电能质量问题。针对变频器的各种潜在危害，可以选用的产品如表2所示。 pUaGrdGxzQ  
　　表2：针对变频器各种危害可以采取的措施

要解决的问题	技术措施
&/A?*2   减小变频器的谐波电流发射，满足GB17625或者THID<8%的要求	n~k9Z^ $   在变频器的电源输入端安装HTHF滤波器
I8 {2cM;   减小变频器的射频电流传导发射，消除对其他电子设备的干扰	<ib#PLRM   变频器输出端安装电抗器，并安装EMFI射频干扰滤波器
VZ8HnNAbX   保护电机的绕组，使其免受PWM电压波的损伤（电缆的长度小于300米）	e'uI~%$NJL   在变频器的输出端安装DVF滤波器 RHGs (d7-   在电机端安装SVA尖峰电压吸收器
D-B WgK   保护电机的绕组，使其免受PWM电压波的损伤（电缆的长度大于300米）	,IW $X D   在变频器端SWF正弦波滤波器
zl j%v/9   电机噪声大，温度高	|8b*BnS    在变频器端SWF正弦波滤波器
DM%4V|F"   电机轴承经常损坏	X#mppMU   在变频器端SWF正弦波滤波器 }F1|& A   在变频器输出端安装EMFO共模滤波器 K d _tjWS   在电机端安装SVA尖峰电压吸收器
1Ig@gdmz   减小变频器与电机之间的电缆的电磁辐射，消除对其他电子设备的干扰	2 fX-J   在变频器输出端安装EMFO共模滤波器
	[g_Cg=J   使用屏蔽电缆