论文部分内容阅读
【摘 要】近年来我国各行各业均发展非常迅速，尤其是电力电子技术在其他领域的渗透，推动了我国科技的进步。虽然与发达国家相比，我国电力电子技术和电力传动技术等还比较落后，对其他国家有一定的依赖性，但随着我国电力产业的不断发展，我国加强了对本国电力电子与电力传动研究的支持力度，因此我国电力电子与电力传动发展有良好的机遇。
【关键词】传动控制柜；干扰源；接地
随着电力电子技术的发展，变频器越来越小型化多功能化高性能化，并且随着变频器的控制手段全数字化，在交流传动、新能源发电等领域，变频传动柜的应用越来越广泛。目前几乎所有的变频器都采用PWM控制技术。变频器输入侧是整流以及滤波电路，而变频器功率开关器件的高速开通关断会使整流桥中产生充电电流，呈现一种不连续冲击的形式且含有高次谐波成分。这不仅会影响变频器设备的自身安全运行，还会对电子装置、PLC等弱电设备产生干扰，影响整个系统的可靠性。
1 电力电子的含义及应用的重要性
随着我国整体实力的快速增长，多个行业对电力的需求和要求越来越高，如机械行业、交通行业、石油化工行业、环保行业、国防及航天等，因此加强对电力电子的研究，提高电力电子水平具有比较。对电力电子的研究，主要是针对电力电子器件、变流器拓扑及控制等，确保电能量、磁能量的控制、传输等，实现对电能高效率的使用，提供高质量电能。在对电力电子进行研究时，主要需要对电力电子元器件、功率集成电路、电力电子变流技术、电力电子应用技术、电力电子系统集成等方面进行研究，以保证电力电子系统向智能化方向发展，且具有较高的稳定性和可靠性。
电力电子将各种能源转换成电能的方式，不仅方便人们的生活，还具有节能环保的特征，有效推动电力系统逐渐实现自动化、智能化和节能化。根据对我国电力电子的发展分析，可以从以下方面针对电力電子的应用优势进行分析：①分布式发电和可再生能源发电，分布式发电技术在国外颇受重视，其可以让发电设备拉近与用户的距离，实现近距离输电，且还可以实现用户用电的独立性，在应对自然灾害时，有效提高安全和应变能力。此外风力发电、太阳能发电等均采用分布式发电系统，对电力电子技术的依赖性较强。根据相关研究调查可知，全球对电力电子产品应用在分布式和混合式发电设备的发展势头越来越猛，尤其是逆变器、频率变流器、静态传输开关等，但由于很多可再生能源和分布式发电系统所产生的电能存在不稳定的状态，此时需要加强电能储存技术的应用，即利用电力电子技术对不稳定状态进行控制。②电能质量控制，电力电力技术在电力系统改造方面具有重要的作用，能够有效实现节省电能，提高用电效率，而且随着高压大功率电力电力装置的应用，对电力系统产生、输送和分配等应用价值越来越高。
2 变频器自身干扰
2.1 干扰源。变频器主电路主要是由整流单元、逆变单元及其控制电路构成的。变频器在运行时，功率开关器件一般在几百毫秒的周期内完成开通关断，因此会产生高次谐波，经过公共阻抗耦合、电磁耦合、传导耦合三种方式产生电磁干扰[1]。在变频装置受到高次谐波的干扰时，不但会影响系统的运行效率，而且容易损坏设备，为此必须重视变频器产生的高次谐波。变频器在运行过程中，是一个功率强大的干扰源，IGBT管的高速开通、关断会产生很强的高次谐波，并且以各种方式将含高次谐波的能量传播出去，形成强烈的电磁干扰。而且电力传动柜所用的开关电源也是一种干扰源，此时把电机线和电源线作为天线，通过和外壳连接的地线把干扰信号发出，线路越长干扰就越大，因此我们要根据设备的具体情况，选择相应的抗干扰措施。为了能够有效的抑制现场电磁噪声干扰，选择使用双绞线。同时，若变频器采用模拟脉冲信号通信，由于模拟信号的抗干扰性能较差，必须使用屏蔽线。
2.2 抗干扰措施。在实际工作中，变频器的接地要确认是否良好。同时可以安装线路的抗干扰滤波器，将变频器输入端的各相连接在同一个磁芯上，按同一方向绕圈，绕线时要尽量将磁芯靠近电力传动柜。当三相进线端绕过磁芯时，电流中所含的基波分量产生的磁通为零，而电流中的高次谐波分量的合成磁通不为零。从而可以削弱谐波分量，此种方法简单有效。另外，还可将电力传动柜安装在金属机壳内，既能防止外界电磁波进入本系统，又能屏蔽交流调速系统向外辐射能量。
3外界设备对变频器干扰
通常，电力传动柜运行在情况复杂，环境恶劣，电磁污染较多的场景中，因此如果在设计电力传动柜时，如果敏感元件的选用、元器件的安装、电路结构布局布线等不合理的话，柜体就易受外界电气干扰，通过各种耦合方式的将干扰传到柜体内部。
3.1 非线性用电设备。电网的谐波源很多，比如各种大功率的交直流能量变换设备，电压调整装置，非线性负载等等。同时，大型用电设备的突然启停也会使电网电压、电流产生冲击，造成波形畸变。供电电源的变化比如过压、欠压、瞬时掉电，尖峰电压脉冲、等等也会对变频器的产生干扰，此外共模干扰也会影响变频器运行[3]。
3.2 电容器的投入切出。为了能够提高功率因数，会在设计中加入一些电容进行集中补偿，然而补偿电容器在切换过程中，电网电压有可能出现很高的峰值，产生较大的电网冲击，电力传动柜内的整流开关管会因承受过高的反电压而发生击穿。
3.3 抗干扰措施。1）电气屏蔽。由低电阻材料或磁性材料制成的屏蔽物内，具有很强的屏蔽隔离功能，将有关电路、元器件、设备安装在此设备内，可以隔离电磁场。2）磁屏蔽。对于冶炼厂、重型机械厂、电站、等场所，易受交变磁场的干扰，可以用铁、镍等导磁性能好的导体加以屏蔽。
4电力传动柜对其他弱电设备的干扰
当变频器金属外壳有孔洞或缝隙时，在孔洞大小与电磁波的波长接近的情况下，干扰辐射源可能会向柜体四周辐射，此时金属物体如果处在辐射场中可能形成二次辐射。采取硬件抗干扰是最有效地抗干扰措施，处理电磁干扰基本原则是首先查找，抑制和消除干扰源，接着切断电磁干扰经过的耦合通道，然后降低系统对干扰信号的敏感性，增强设备自身的抗干扰的能力。在对所用设备进行升级改造过程中，要特别注重和防范电力传动柜对弱电系统的干扰。当进行远程监控电力传动柜时，使用的控制线一般较长，弱电仪表的二次线和控制线之间会存在平行段，当两线的相对距离比较小时，容易造成较大干扰。可采取如下谐波干扰处理措施：1）热工仪表的二次线与变频器控制线都采用屏蔽线，在桥架中用铁皮隔板将两导线平行部分隔开，接地线与接地体的连接应牢固可靠，屏蔽线屏蔽层应良好接地。2）在电力传动柜电源进线端电缆上套上1.5m～2m的金属蛇皮管，并保证蛇皮管外壳的良好接地。3）传送模拟信号的传感器连接线要尽量短，并且不要盘成圈状放置在柜体内。
5总结
电力传动柜的电磁兼容问题是随电力电子技术飞速发展以及系统容量的不断增加而日趋严重的问题，再加上科研过程中涌现出新的电磁干扰问题，使得变频传动柜的电磁兼容问题成为专家学者们亟待解决的问题。本文从电力传动柜的自身电磁干扰，变频设备对外界设备的电磁干扰问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。处理变频传动柜的电磁兼容问题，重点是寻找干扰源，柜体设计时一定要注重电磁干扰问题。因此，为了能够使变频调速装置以及周围用电设备能够稳定安全可靠工作，设计改造和施工时应充分考虑电力传动柜的电磁兼容问题。
参考文献：
[1]Jin liang.EMC Technology Development of China.EMC 2009.IEEE International Symposium，2009：132-136.
[2]李艳春、生一华等，电磁兼容接地和抑制干扰研究，山西电力，2009.3：57-59.
（作者单位：武汉供电公司客服武昌分中心）
【关键词】传动控制柜；干扰源；接地
随着电力电子技术的发展，变频器越来越小型化多功能化高性能化，并且随着变频器的控制手段全数字化，在交流传动、新能源发电等领域，变频传动柜的应用越来越广泛。目前几乎所有的变频器都采用PWM控制技术。变频器输入侧是整流以及滤波电路，而变频器功率开关器件的高速开通关断会使整流桥中产生充电电流，呈现一种不连续冲击的形式且含有高次谐波成分。这不仅会影响变频器设备的自身安全运行，还会对电子装置、PLC等弱电设备产生干扰，影响整个系统的可靠性。
1 电力电子的含义及应用的重要性
随着我国整体实力的快速增长，多个行业对电力的需求和要求越来越高，如机械行业、交通行业、石油化工行业、环保行业、国防及航天等，因此加强对电力电子的研究，提高电力电子水平具有比较。对电力电子的研究，主要是针对电力电子器件、变流器拓扑及控制等，确保电能量、磁能量的控制、传输等，实现对电能高效率的使用，提供高质量电能。在对电力电子进行研究时，主要需要对电力电子元器件、功率集成电路、电力电子变流技术、电力电子应用技术、电力电子系统集成等方面进行研究，以保证电力电子系统向智能化方向发展，且具有较高的稳定性和可靠性。
电力电子将各种能源转换成电能的方式，不仅方便人们的生活，还具有节能环保的特征，有效推动电力系统逐渐实现自动化、智能化和节能化。根据对我国电力电子的发展分析，可以从以下方面针对电力電子的应用优势进行分析：①分布式发电和可再生能源发电，分布式发电技术在国外颇受重视，其可以让发电设备拉近与用户的距离，实现近距离输电，且还可以实现用户用电的独立性，在应对自然灾害时，有效提高安全和应变能力。此外风力发电、太阳能发电等均采用分布式发电系统，对电力电子技术的依赖性较强。根据相关研究调查可知，全球对电力电子产品应用在分布式和混合式发电设备的发展势头越来越猛，尤其是逆变器、频率变流器、静态传输开关等，但由于很多可再生能源和分布式发电系统所产生的电能存在不稳定的状态，此时需要加强电能储存技术的应用，即利用电力电子技术对不稳定状态进行控制。②电能质量控制，电力电力技术在电力系统改造方面具有重要的作用，能够有效实现节省电能，提高用电效率，而且随着高压大功率电力电力装置的应用，对电力系统产生、输送和分配等应用价值越来越高。
2 变频器自身干扰
2.1 干扰源。变频器主电路主要是由整流单元、逆变单元及其控制电路构成的。变频器在运行时，功率开关器件一般在几百毫秒的周期内完成开通关断，因此会产生高次谐波，经过公共阻抗耦合、电磁耦合、传导耦合三种方式产生电磁干扰[1]。在变频装置受到高次谐波的干扰时，不但会影响系统的运行效率，而且容易损坏设备，为此必须重视变频器产生的高次谐波。变频器在运行过程中，是一个功率强大的干扰源，IGBT管的高速开通、关断会产生很强的高次谐波，并且以各种方式将含高次谐波的能量传播出去，形成强烈的电磁干扰。而且电力传动柜所用的开关电源也是一种干扰源，此时把电机线和电源线作为天线，通过和外壳连接的地线把干扰信号发出，线路越长干扰就越大，因此我们要根据设备的具体情况，选择相应的抗干扰措施。为了能够有效的抑制现场电磁噪声干扰，选择使用双绞线。同时，若变频器采用模拟脉冲信号通信，由于模拟信号的抗干扰性能较差，必须使用屏蔽线。
2.2 抗干扰措施。在实际工作中，变频器的接地要确认是否良好。同时可以安装线路的抗干扰滤波器，将变频器输入端的各相连接在同一个磁芯上，按同一方向绕圈，绕线时要尽量将磁芯靠近电力传动柜。当三相进线端绕过磁芯时，电流中所含的基波分量产生的磁通为零，而电流中的高次谐波分量的合成磁通不为零。从而可以削弱谐波分量，此种方法简单有效。另外，还可将电力传动柜安装在金属机壳内，既能防止外界电磁波进入本系统，又能屏蔽交流调速系统向外辐射能量。
3外界设备对变频器干扰
通常，电力传动柜运行在情况复杂，环境恶劣，电磁污染较多的场景中，因此如果在设计电力传动柜时，如果敏感元件的选用、元器件的安装、电路结构布局布线等不合理的话，柜体就易受外界电气干扰，通过各种耦合方式的将干扰传到柜体内部。
3.1 非线性用电设备。电网的谐波源很多，比如各种大功率的交直流能量变换设备，电压调整装置，非线性负载等等。同时，大型用电设备的突然启停也会使电网电压、电流产生冲击，造成波形畸变。供电电源的变化比如过压、欠压、瞬时掉电，尖峰电压脉冲、等等也会对变频器的产生干扰，此外共模干扰也会影响变频器运行[3]。
3.2 电容器的投入切出。为了能够提高功率因数，会在设计中加入一些电容进行集中补偿，然而补偿电容器在切换过程中，电网电压有可能出现很高的峰值，产生较大的电网冲击，电力传动柜内的整流开关管会因承受过高的反电压而发生击穿。
3.3 抗干扰措施。1）电气屏蔽。由低电阻材料或磁性材料制成的屏蔽物内，具有很强的屏蔽隔离功能，将有关电路、元器件、设备安装在此设备内，可以隔离电磁场。2）磁屏蔽。对于冶炼厂、重型机械厂、电站、等场所，易受交变磁场的干扰，可以用铁、镍等导磁性能好的导体加以屏蔽。
4电力传动柜对其他弱电设备的干扰
当变频器金属外壳有孔洞或缝隙时，在孔洞大小与电磁波的波长接近的情况下，干扰辐射源可能会向柜体四周辐射，此时金属物体如果处在辐射场中可能形成二次辐射。采取硬件抗干扰是最有效地抗干扰措施，处理电磁干扰基本原则是首先查找，抑制和消除干扰源，接着切断电磁干扰经过的耦合通道，然后降低系统对干扰信号的敏感性，增强设备自身的抗干扰的能力。在对所用设备进行升级改造过程中，要特别注重和防范电力传动柜对弱电系统的干扰。当进行远程监控电力传动柜时，使用的控制线一般较长，弱电仪表的二次线和控制线之间会存在平行段，当两线的相对距离比较小时，容易造成较大干扰。可采取如下谐波干扰处理措施：1）热工仪表的二次线与变频器控制线都采用屏蔽线，在桥架中用铁皮隔板将两导线平行部分隔开，接地线与接地体的连接应牢固可靠，屏蔽线屏蔽层应良好接地。2）在电力传动柜电源进线端电缆上套上1.5m～2m的金属蛇皮管，并保证蛇皮管外壳的良好接地。3）传送模拟信号的传感器连接线要尽量短，并且不要盘成圈状放置在柜体内。
5总结
电力传动柜的电磁兼容问题是随电力电子技术飞速发展以及系统容量的不断增加而日趋严重的问题，再加上科研过程中涌现出新的电磁干扰问题，使得变频传动柜的电磁兼容问题成为专家学者们亟待解决的问题。本文从电力传动柜的自身电磁干扰，变频设备对外界设备的电磁干扰问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。处理变频传动柜的电磁兼容问题，重点是寻找干扰源，柜体设计时一定要注重电磁干扰问题。因此，为了能够使变频调速装置以及周围用电设备能够稳定安全可靠工作，设计改造和施工时应充分考虑电力传动柜的电磁兼容问题。
参考文献：
[1]Jin liang.EMC Technology Development of China.EMC 2009.IEEE International Symposium，2009：132-136.
[2]李艳春、生一华等，电磁兼容接地和抑制干扰研究，山西电力，2009.3：57-59.
（作者单位：武汉供电公司客服武昌分中心）