变频器干扰仪表控制系统的分析及处理

变频器干扰仪表控制系统的分析及处理

刘永君

山东恒安纸业有限公司山东潍坊261200

摘要：随着日益发展成熟的变频技术及变频器在工厂的广泛应用，虽然变频器具有良好的调速性能，高效率、高功率等优点，但由变频器产生的谐波干扰使得工厂带来很大的电磁污染，对自动化控制系统也产生了很大的干扰，导致监测系统出现故障。本文主要探讨了变频器干扰仪表控制系统的分析及处理。

关键词：变频器；干扰仪表；分析

前言

随着我国社会经济不断发展，第一，电气工程的设备也越来越多，如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。第二，变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。如果变频器的干扰问题不能很好解决,不但整个控制系统无法可靠准确的运行,也会影响其他相关电气设备的顺利运行工作。

1变频器的运行原理以及具体作用

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

变频器内部有多种控制系统和结构部件组成，对于电流和设备自身的操控能力主要通过中央的控制系统以及相应的监测程序等关键系统和功能来实现的，在实行精准操作控制期间，变频器利用了自身分层设计的思路来执行其控制功能，将电力系统中涉及到的线路设备和工作区域分为多个层次分别进行控制，这样就极大的提升对于整个电力系统控制的功效，使其工作机制更具备合理性和可靠性，不仅简化了控制系统的程序和步骤，而且控制的运行机制的效率也得到大幅度的提升，这就为精准的操控提供了坚实的基础，使控制机制能够更为精准的捕捉相关信息并实行精准的控制，取得了良好的效果。因此我们要细致的分析变频器这种设备其功能和运转方面的各项原理，对于处理各种缺陷和问题而言具有十分重要的意义。随着技术水平的逐渐提升，利用变频器作为调节速度的技术举措也更为成熟可靠，而随着智能技术和自动技术的迅速发展，变频器的功能得到了进一步的强化，其内部的系统应用也更为高效，相应的提升了变频器设备的使用效率和价值。变频器不仅能够满足节能降耗的应用需求，而且还可以通过其更为温和的设备启动模式，降低设备和装置在运转期间产生的各种机械式的冲击和磨损，降低设备的老化速度。

2变频器选用

变频器在实际应用中需要考虑使用需求，包括机械设备、电动机对电源需求等，保障变频器能够满足生产要求基础上，具备更高的实用性。根据变频器调速范围、调速精度、设备类型、启动转矩等，针对性进行变频器选型。如果电机级数大于四级，则变频器需要考虑预留容量问题，提高容量来更好的满足用户实际需求。同时，也要充分考虑变频器的兼容性问题，降低变频器对电源的干扰。如果需要从负荷角度选用变频器，需要充分考虑变频器的负载性能，包括功率负载、平方转矩负载、恒转矩负载，并留有余量，避免出现过载能力不足的情况，从而导致电动机温度持续升高。

3变频器的干扰特性

变频器是集自动控制、电力电子、通信等技术于一体的一种高科技设备，目前，变频器在矿山、冶金和机械等行业已经得到了广泛应用，也已成为交流异步电机调速的主流方式，随着变频器的广泛应用，它的调速范围广、精度高、节能效果好等优点也为各个生产企业带来了明显的经济效益。但是，在变频器的实际应用中，变频器的电磁干扰也随之而来，这也为企业的生产带来了诸多的不变，严重时还会影响生产的正常进行，同时也成为影响电力线通信的主要因素。

3.1变频器产生干扰的原因

由于变频器的主电路一般由交流—直流—交流组成，在变频器的电路中需要用到整流器、微控制器和大功率的电力电子开关等非线性器件，这些非线性器件在工作过程中会产生大量的谐波，大功率的电力电子开关器件在通断的过程中也会产生具有很大的电压电流高频脉冲信号，以及由此形成的电压电流尖峰，对电网产生的影响也已经变得越来越不能忽视，同时这些谐波还会干扰通信和控制系统，严重时可能会造成通信瘫痪，对电力线载波影响也比较大。变频器中由于大量应用了斩波和逆变装置，因此它的直流电压源大多也是由二极管不可控整流经过电容滤波之后得到的，因此，它产生的谐波问题也很严重。一般来说，变频器对容量较大的电力系统影响并不明显，但对于煤矿工作面这样的局域小容量的系统的影响却不容忽视，变频器的功率越大，其产生的谐波对电网的影响也越严重。

另外，从根本上来说，变频器产生干扰的主要原因还在于变频器自身电路的非线性。为了限制变频装置对电网的谐波干扰，美国电气和电子协会（IEEE）制定了IEEE-519并作为美国国家标准，为了防止设备产生的谐波电流传输到电网中，对电网中的其它用电设备造成不良影响。

4变频器干扰仪表及控制系统应用解决方法

4.1控制改善变频器工作时对其他设备的干扰措施

第一,在变频器与电动机之间合理使用输出电抗器,能够有效减少变频器在能量传输输出过程中线路中产生的电磁辐射。电路中采用交流/直流电抗器,可以降低谐波电流干扰影响。

第二,采用有源滤波器,滤波器通过对电流中高次谐波进行检测,依据检测结果输入与结果具有相反相位的电流,达到补偿谐波电流的目的,能够防止系统阻抗发生谐振。

第三,使用无谐波污染的绿色变频器,绿色变频器中电流都以正弦波的形式输入输出的。它的输入功率因数具有较好的可控性,无论带任何负载时都能使功率因数稳定为1,并且可获得可控的稳定输出功率。

4.2增强其他设备对变频器谐波控制方案

第一,采用创新且适宜滤波器滤波解决手段。当电路中出现稳定的干扰频率,可采用滤波器滤波的方式来处理这一问题。对于固定的频率波干扰,滤波器能够有效阻断干扰信号,过滤电磁噪声谐波,防止用电器自身的干扰传给电源,采用滤波器的解决方式能较容易在此电路实施。在仪表回路中合理引入滤波电路,滤波电路采用变频器专用滤波器件能够达到有效克服或削弱干扰的效果。

第二,采用单独且标准的接地解决措施。当电路中出现变化的强干扰频率时,滤波就无法克服和解决干扰问题。当变频器运行时产生的电磁干扰超过控制频率范围并产生快速变化的强电磁干扰,我们需要采用接地来解决。在采用接地方案来控制和解决变化频率的干扰问题过程中,对仪表接地要注意考虑接地的电阻、避免与电气零混,采用单独的仪表接地等。

第三,实施屏蔽隔离方案解决手段。在仪表接地时可采用屏蔽电缆代替信号电缆,将屏蔽层和探头信号的负端相接,只需一端接地,有利于对干扰进行屏蔽隔离。也可在安装变频器的电控柜表面贴上有屏蔽作用的材料,对变频器系统级起到隔离防护措施。合理采用隔离变压器有利于对干扰谐波进行隔离。使用隔离变压器主要用于应对来自于电源的传导干扰。

结束语

综上所述，变频器在当今社会生产中的应用范围愈加广泛，能够有效保护电路、减低损耗。但是由于不同变频器具有不同的特点、功能，这就需要合理对变频器进行选择，并且能够针对变频器故障干扰问题，提出防护方法，如软件、硬件组合防护等，这样才能够保障变频器应用的安全性和功能性。

参考文献:

[1]徐殿国,刘晓峰,于泳.变频器故障诊断及容错控制研究综述[J].电工技术学报,2015,3021:1-12.

[2]柏学,陈娜.变频器的选用及故障干扰处理探讨[J].科技传播,2016,813:194+198.