根据工程实际经验,通常有三种基本对策用于共模噪声抑制:系统接地方式的改进、减弱噪声源与噪声屏蔽。
1. 系统接地方式
变频调速系统供电变压器二次侧中点 X0 的接地方式如图8-7 所示,通常由用户据需要决定,不同接地方式对系统共模噪声产生不同影响。
图8-7 变频调速系统供电变压器二次侧中点 X0 的接地方式
当 X0 采用可靠接地时,其对共模电流为低阻抗特性,系统 PE 网络中所有共模电流将经此中点返回到变频器内部;相对其他接地方式,可靠接地将在变频调速系统内部产生最大幅值共模电流。但从另一角度考虑,当供电变压器一次侧出现对地电压瞬变(如浪涌)时,二次侧中点 X0 的可靠接地可大大减弱其对二次侧负载的影响、减少变频器内部过电压保护负担。
采用高阻抗接地时,通常在 X0 与地之间串联一个 150~200 Ω 电阻,大大减弱系统共模电流幅值、共模噪声得到有效抑制;用户通常需权衡由此增加的一次侧对地电压瞬变对二次侧变频器的影响。
当 X0 不接地时,共模电流返回通路被切断、系统共模噪声达最小,但系统安全性大大降低,供电变压器一次侧对地电压瞬变直接影响到变频器安全运行。
2. 减弱噪声源
最好的噪声抑制方法在于减弱噪声源,在变频器输出侧加装共模扼流圈是一种经济、有效的方法。
图8-8 共模扼流圈的应用效果
共模扼流圈在不影响变频器输出电压的前提下,对高频对地电流噪声呈高阻特性,大大减小共模电流的上升时间与幅值(如图8-8),从而减小系统 PE 网络中共模噪声电压;同时,共模扼流圈具有相对输出电抗器更小的体积。
3. 噪声屏蔽
噪声屏蔽作为第三种对策,主要原理是构造共模噪声的新通路,尽量减小变频调速系统 PE 网络中流过的共模电流,避免对接于本系统 PE 网络敏感电气设备的干扰。
1)三相四线电缆。图8-9 为三相四线电缆对共模噪声屏蔽作用的示例:变频器与电动机间采用三相四线电缆、并排放在电缆导管中;电缆导管两端分别接到变频器外壳与电动机接线盒,电缆中线分别接到变频器 PE 端子与电动机地接线端子。部分共模电流经电缆导管接地点及电动机机壳进入 PE,大部分共模电流在电缆导管与中线中流过,故 A 点与 B 点之间共模噪声电压有效减小;同时电缆导管也有效抑制电动机电缆对外辐射电磁干扰。
图8-9 三相四线电缆对共模噪声的屏蔽作用
如图8-9 所示,系统共模电流流经变频器 PE 端与供电变压器二次侧中点 X0,最后返回变频器输入侧;当敏感电气设备接于 C 点与 PE 之间时仍将受共模噪声电压干扰,故应在供电变压器与变频器之间也采用三相四线电缆,并尽量减小二者距离。
2)屏蔽电力电缆。采用屏蔽电力电缆是非常有效的共模噪声抑制方案,如图8-10 所示。因屏蔽电力电缆屏蔽层对高频信号阻抗非常小、且 PVC 外壳对地有绝缘特性,几乎所有共模电流被有效控制在屏蔽电力电缆中流过;屏蔽层也有效抑制电动机电缆对外辐射电磁干扰。
图8-10 屏蔽电力电缆对共模噪声的屏蔽作用
变频调速系统共模电流流经变频器 PE 端与供电变压器二次侧中点 X0,最后返回变频器输入侧。当供电变压器与变频器距离较远时,接于 #{敏感电气设备} 仍将受共模噪声电压干扰,故供电变压器与变频器之间也应采用屏蔽电力电缆。