*十三节变频器会带来哪些电磁兼容/电能质量问题

时间：2020-01-05

作者：北京航天爱威电子技术有限公司

　　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**困扰，典型的现象包括：

　　变频器工作时，继电保护器误动作;

　　变频器工作时，PLC工作异常、仪表读数错误;

　　工厂安装了变频器后，无功补偿电容不能投切或者烧毁;

　　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;

　　变频器驱动的电机，发热严重、噪声增加;

　　变频器驱动的电机，绝缘容易损坏，轴承容易损坏。

　　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。

　　图1 变频器产生电磁兼容问题的原因

　　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**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。

　　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。

　　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	电源线向电网注入谐波电流	继电保护器误动作； PLC工作异常、仪表读数错误；无功补偿电容不能投切或者烧毁；电缆、变压器过热，配电盘跳闸，变压器噪声增加；
2	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；计算机工作异常数控设备精度降低
3	电源线产生电磁辐射	邻近的电子设备、PLC工作异常仪表读数错误；
4	输出电缆产生电磁辐射	邻近的电子设备、PLC工作异常仪表读数错误；
5	输出的PWM电压在电机端产生尖峰电压	变频器驱动的电机，绝缘容易损坏电机发热严重、噪声增加；
6	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

　　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。

　　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
减小变频器的谐波电流发射，满足GB17625或者THID<8%的要求	在变频器的电源输入端安装HTHF滤波器
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	变频器输出端安装电抗器，并安装EMFI射频干扰滤波器
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）	在变频器的输出端安装DVF滤波器在电机端安装SVA尖峰电压吸收器
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）	在变频器端SWF正弦波滤波器
电机噪声大，温度高	在变频器端SWF正弦波滤波器
电机轴承经常损坏	在变频器端SWF正弦波滤波器在变频器输出端安装EMFO共模滤波器在电机端安装SVA尖峰电压吸收器
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	在变频器输出端安装EMFO共模滤波器
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	使用屏蔽电缆

词条
词条说明
*五十二节干扰源是怎样通过电源线形成干扰的
构成电磁干扰的问题需要三个要素，干扰源、敏感源和耦合路径。通常，敏感源是明确的，也就是受干扰的设备。干扰源和耦合路径较难判断。通常，通过改变干扰源的状态，观察干扰现象的变化就可以确定干扰源。例如，某车间内，当中频炉工作时，一些仪表会出现错误，中频炉停止工作时，干扰现象消失。这时就可以确认中频炉是干扰源。较难判断的是耦合路径。干扰能量从干扰源耦合到敏感源可以有多个路径，空间辐射、
*二十一节变频器损伤电机的处理
*二十节电机节电柜带来的隐患通过案例说明了变频器对无功补偿装置的损伤，并介绍了解决的办法。本讲介绍变频器对电机的损伤问题及解决的方法。现象： 2011年1月，接到北京附近一个企业的咨询。该企业的生产现场有数台振动电机。振动电机由变频器驱动。发现电机频繁损坏，时间短时，2周左右损坏一次，较长不会**过一个月，对生产造成了严重影响。。故障现象是电机的定子绕组烧毁。原因分析：这个问题是由于变频器
*四十五节怎样减小UPS的谐波电流
关键的电子设备、仪器设备等往往采用UPS电源供电。UPS电源虽然为用电设备提供了有**的电能，但是却对电网上产生了严重危害。普通的UPS工作时，产生强烈的谐波电流发射，这些谐波电流对于电网又很大的害处。关于谐波电流的种种危害，大家已经十分熟悉。 UPS电源之所以产生谐波电流，是因为他的输入电路是整流电路，任何整流电路都是谐波源。单相UPS的电流波形如图1所示。单相UPS的谐波电
*五十五节中频炉的电磁兼容问题与控制
中频炉利用磁场感应涡电流的原理对金属进行加热。利用磁场感应电流加热金属是一个传统的工艺，但是过去大多采用工频电流，直接采用工频磁场感应加热的效率很低。中频炉的原理是将工频电流转变成更高频率(称为中频)的电流，提高了加热效率，中频炉的频率一般在150Hz~3kHz。中频炉本身等效成一个变压器，炉体内部的待加工金属是变压器的次级绕组，炉体外面的线圈是初级绕组。当在初级施加电流时，次级