高压变频器运行中的很多异常故障都与变频器本身的抗干扰能力有很大的关系。高压变频器由于功率比较大,自身是一个强干扰源,它的输入与输出电流中都含有很多谐波成分,这些谐波除了会对电网设备和电动机产生不利影响外,还会以各种方式把能量传播出去,一方面形成对其他设备的干扰,同时也会对自身的控制系统形成干扰。
高压变频器内部包括电力电子器件构成的主电路和由集成电路等构成的属于弱电电路的控制系统,其中控制系统比较容易受干扰。采用各种相关的抗干扰措施以保证设备安全可靠地工作也是高压变频器设计与应用过程中的一项重要工作。
干扰信号的传播方式主要有以下几种方式:
l 空中辐射方式,即以电磁波的方式向外辐射。
l 电磁感应方式,即通过线间电感而感应。
l 静电感应方式,即通过线间电容而感应。
l 线路传播方式,主要通过电源网络传播。
针对上述的干扰信号的不同传播方式,可以采取相应的抗干扰措施:
l 对于通过辐射传播的干扰信号,主要通过吸收的方法来削弱,可以在电源处设置由共模滤波电感及电容构成的无线电抗干扰滤波器。
l 对于通过感应方式传播的干扰信号,主要通过正确的布线和采用屏蔽线来削弱。如弱点控制系统距离电力电源至少100mm,绝不可以放在同一导线槽内;另外控制电路配线相交时要成直角。控制电路的配线应该采用双绞线,双绞线的节距应该在15mm以下;为了防止多电路信号的相互干扰,信号线采用分别绞合为宜。
l 对于线路传播的干扰信号,有多种方法可以使用。如在控制电源输入端设置进线滤波器;有的变频器控制电路的电源取自隔离变压器的一个二次绕组,一般要对变压器进行电气隔离。在控制系统和主电路之间传递的信号,通常采用光纤实现强弱电的隔离。
l 在设计变频器的控制系统时,要尽量缩短电源线,接地线,尽量避免由于多个控制单元因高速开关而在公共配线上引起的公共阻抗而形成的干扰。合理的采取浮地和隔离措施,可以降低地环路的干扰。
在变频器设计和使用过程中,还应允许考虑变频器的内部结构、工作原理和使用环境,通过采取屏蔽、接地和隔离等多种可靠措施,以保证整个系统可靠,安全工作:
l 合理布线:能在相当大的程度上消弱干扰信号的强弱,布线时,各种设备的控制线应尽量远离变频器的输入、输出线。控制线在空间上,应尽量和变频器的输入、输出线交叉,最好正交。
l 削弱干扰源:接入电抗器或滤波器,对小功率变频器,成本较高,也可以采用一种低成本的电磁干扰抑制方法:将电动机电缆从铁氧体环中穿过,是穿过的部分导线的阻抗局部增大,阻止电磁干扰电流流过。如将导线在铁氧体环上绕几圈,总的电阻和阻抗将随圈数的平方而增大。电机电缆可从铁氧环体中穿过三次。但应注意,连接电机和变频器的接地线应留在环外。 l 对线路进行屏蔽:变频器到电动机之间的连接线,应尽量出入金属管内,金属管应该接地。信号线屏蔽层不论是接公共端还是接地,都只能在一端进行,切不可两端都接。 l 准确接地:接地线应尽量粗些,接地点应尽量靠近变频器;接地线应尽量远离电源线;变频器所用接地线,必须和其他设备接地线分开;必须绝对避免把所用设备的接地线连接在一起后在接地;变频器的接地端子不能和电源的“零线”相接。
变频器的干扰会对其它设备的运行造成影响,所以变频器的抗干扰措施一定要做好,才能保证生产系统的安全可靠运行。
作为一名合格的现场服务人员不仅应正确判断引起干扰的根源,也应对高压变频器本身硬件结构和控制系统及其控制流程有深刻的了解。例如某炼油厂延焦大功率压缩机高压变频器偶报IOC(瞬时过流故障)故障引起设备停机。和厂里工艺人员沟通发现报IOC故障时电机负载并无大的波动,经检查电机侧无异常。开始怀疑是干扰引起的,发现变频器系统接地有问题,便要求客户更换接地电缆做好接地连接。但设备运行两星期后再次报IOC故障,引起非计划停机影响生产。经过细致分析怀疑中央控制系统中系统接口板可能存在故障,更换系统接口板后,变频器IOC故障消失。为什么要更换系统接口板,此时就需要您对此系列高压变频器的硬件结构和控制流程十分了解。IOC是指变频器输出瞬间过流,变频器输出电流由两个霍尔传感器检测后送至系统接口板经过处理再送至CPU板。经检查霍尔传感器正常,即只剩下系统接口板可能存在隐患。更换系统接口板后IOC故障排除。
高压变频器不像低压变频器那样有统一的电路拓扑,而高压变频器主要以三电平式和单元串联式为主。国产高压变频器主要为单元串联式拓扑,各个厂家生产的设备在电磁兼容性,稳定性等方面差别很大。只有通过准确的现场故障分析,才能更好的解决高压变频器的干扰问题。