变频系统的电磁干扰源及传播途径

dianyuan@work 2022年1月7日14:41:11
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1、电磁干扰源

电磁干扰也称电磁骚扰(EMI),是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰,通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外,变频器的逆变器大多采用PWM技术,当其工作于开关模式并作高速切换时,产生大量耦合性噪声。因此,变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面,电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源,如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其他设备产生干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后,若不加以处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电;浪涌、跌落;尖峰电压脉冲;射频干扰。其次,共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

2、电磁干扰的传播途径

变频器能产生功率较大的谐波,对系统其他设备干扰性较强。其干扰传播途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分电磁辐射、传导、感应耦合。具体为:

1)对周围的电子、电气设备产生电磁辐射。

2)对直接驱动的电动机产生电磁噪声,使得电动机铁损耗和铜损耗增加,并传导干扰到电源,通过配电网络传导给系统其他设备。

3)变频器对相邻的其他线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流。同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别对电磁干扰传播途径加以分析。

(1)电磁辐射。变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内,它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对接入同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术,当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时,其输出的电压和电流的功谱是离散的,并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换(du/dt可达1kV/us以上)所引起的辐射干扰问题相当突出。

当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞,则辐射强度与干扰信号的波长有关,当孔洞的大小与电磁波的波长接近时,会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样,变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

(2)传导。上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射,也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其他电路。与辐射干扰相比,其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是:接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络,并沿着其他的配电变压器最终又进入民用低压配电网络,使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

(3)感应耦合。感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时,干扰的电磁波辐射能力相当有限,而该扰源又不直接与其他导体连接,但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相的其他导线或导体产生感应耦合,在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现,也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现,这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。综上所述,变频器不仅用于一般调速控制,而且已经用于高性能、高转速、大容量调速控制方面。变频器作为一种智能调速装置,在使用的过程中其控制回路干扰必须及时加以预防,才能更好的发挥其优良性能。

dianyuan@work
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