*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
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