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高压变频器电磁干扰原因及抑制措施

2019-07-09

由于电力电子技术迅速发展,使得高压变频器(HighVoltageVariable FrequencyDrives,简称HVVFD)在石油化工、电力、冶金等行业得到了大规模的使用,对高压电机设备的节能、调速发挥了重大作用。同时,这些使用场合又对高压变频器的可靠性、稳定性提出了更高的要求,本文旨在从高压变频器的控制器部分分析电磁干扰(Electromagnetic Interference,简称EMI)的影响与解决方法。

高压变频器是融合了微控制器、大功率器件、磁性材料、传感器等强、弱电部件为一体的高级自动化系统,其控制系统一般由控制箱、PLC、触摸屏及相关控制元器件组成,有的还有上位机及DSC系统,因此,电磁干扰问题也日趋复杂,EMI可以使传动系统的核心———计算机控制系统的信号错乱,同时能够破坏或降低其他,电子设备的工作性能,从而导致严重后果。

变频器

控制系统结构和产生电磁干扰的环节

主控制器的功能方框图如图1所示,结构为单元组合式,其核心为双DSP 的CPU 单元,通过总线与接口板和相控A、B、C板互通信息。从接口子模块DI、AI 可接受操作命令、给定信号、电机电流与电压等。CPU板根据操作命令、给定信号及其他输入信号,计算出控制信息及状态信息。相控A、B、C板接受来自CPU板的控制信息,产生PWM 控制信号,经电/光转换器,向功率单元发送控制光信号。来自功率单元的应答信号在相控A、B、C 板中转换成电信号,予处理后送CPU 板处理。状态信息可通过接口板和接口子模板送出。

电磁干扰一般包含三个环节,即电磁干扰源、电磁干扰传递途径(传导、辐射、耦合)及接受电磁干扰的响应者。三个环节相当复杂,不同的场合有不同的表现。根据电磁感应、集肤效应、电磁振荡与电磁波传播等基本物理规律可知,电磁物理量随时间变化越快,越容易感生电磁干扰;频率越高越容易产生辐射;电磁场强度与距离平方成反比;一些灵敏度高的未屏蔽电路容易产生耦合等。

高压变频控制系统电磁干扰按传播形式分为传导型干扰和辐射型干扰两大类。传导干扰指电磁干扰通过电源线路、接地线和信号线传播到达对象所造成的干扰;辐射干扰指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。控制系统中信号传输线和其他电气设备的电容性耦合、电感性耦合都是重要的干扰源。

2.电磁兼容性分析

控制系统经由多个单元组合而成,不可能完全避免电磁干扰,因此必须在控制器敏感设备上采取抗干扰措施。屏蔽、滤波、合理接地、合理布局等抑制干扰的措施都是很有效的。

根据电磁干扰的三要素可采取以下控制方法,如屏蔽、接地、搭接、合理布线等,此外还可以采取回避和疏导的技术处理,如空间方位分离、滤波、吸收和旁路等,这些都是有经验的工程技术人员经常采用的控制方法。解决电磁干扰问题,应该在整个电气系统设计、布线、安装、调试时同时进行,而不能仅仅在调试阶段才去着手处理。

2.1 屏蔽

屏蔽一般分为两种类型,一类是静电屏蔽,主要用于防止静电场和恒定磁场的影响,静电屏蔽应具有完善的屏蔽体和良好的接地,另一类是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。电磁屏蔽不但要求有良好的接地,而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性,对屏蔽体的导电性要求比静电屏蔽高得多,使用屏蔽信号电缆的抗电磁干扰原理。

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