(1)工作环境。当变频器供电系统附近存在高频冲击负载(如电焊机、电镀电源、电解电源)或采用滑环供电的场合,变频器本身易因干扰而出现保护误动作。变频器在此环境工作必须采用以下措施:
1)在变频器输入侧设置由 LC 构成的滤波网络。
2)变频器电源线直接从变压器侧供电。
3)条件许可时可采用单独的变压器。
4)采用外部开关量控制端子控制时,连接线路较长时采用屏蔽电缆。当控制线路与主回路电源均在地沟中埋设时,除控制线必须采用屏蔽电缆外,主电路线路必须采用钢管屏蔽穿线,减小彼此干扰、防止变频器误动作。
5)采用外部通信控制端子控制时采用屏蔽双绞线,并将变频器侧屏蔽层接地(PE);若干扰非常严重,建议将屏蔽层接控制电源地(GND)。对 RS232 通信,注意控制线路尽量不要超过 15 m,要加长必须随之降低波特率,在 100 m 左右时能正常通信的波特率小于 600 b/s;对 RS485 通信还必须考虑终端匹配电阻等。对采用现场总线的高速控制系统,通信电缆必须采用专用电缆并采用多点接地方式才能提高可靠性。
(2)电网质量问题。对电网质量有严重污染的供电系统,可采取以下措施:
1)在高频冲击负载场合(电焊机、电镀电源、电解电源等)建议增加无功静止补偿装置,提高电网功率因数与质量。
2)在变频器比较集中的车间,建议采用集中整流、直流共母线供电方式或 12 脉冲整流模式。
3)变频器输入侧加装无源 LC 滤波器,减小输入谐波、提高功率因数,成本较低、可靠性高、效果好。
4)变频器输入侧加装有源 PFC 装置,效果最好但成本较高。
(3)电动机的漏电、轴电压和轴电流问题。
图8-18 变频器驱动感应电动机的电动机模型
变频器驱动感应电动机的电动机模型如图8-18 所示,图中 Csf 为定子与机壳间等效电容、Csr 为定子与转子间等效电容、Crf 为转子与机壳间等效电容、Rh 为轴承对轴的电阻、Cb 与 Zb 为轴承油膜电容与非线性阻抗。高频 PWM 脉冲输入下,电动机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路,引起对地漏电流、轴电压与轴电流问题。
漏电流主要由 PWM 三相供电电压极其瞬时不平衡电压与大地之间通过 Csf 产生,其大小与 PWM 的 du/dt 大小及开关频率高低有关,直接结果将导致带漏电保护装置动作。对旧式电动机,因其绝缘材料差又长期运行老化,有些经变频改造后造成绝缘损坏,故必须进行绝缘测试。对新变频电动机的绝缘,要求要比标准电动机高出一个等级。
轴电流主要以三种方式存在:du/dt 电流、EDM(Electric Discharge Machining,电火花加工)电流与环路电流。轴电压大小不仅与电动机内各部分耦合电容参数有关,还与脉冲电压上升时间与幅值有关。du/dt 电流主要与 PWM 上升时间 tr 有关,tr 越小 du/dt 电流幅值越大;逆变器载波频率越高,轴电流中 du/dt 电流成分越多。EDM 电流出现有一定偶然性,只有轴承润滑油层被击穿或轴承内部发生接触时,储存在转子对地电容 Crf 上的电荷(1/2·Crf×Urf)经轴承等效回路对地火花式放电,造成轴承光洁度下降、降低寿命,严重时直接损坏;损坏程度主要取决于轴电压与转子对地电容 Crf 的大小。
环路电流发生在电网变压器地线、变频器地线、电动机地线及电动机负载与大地地线之间的回路(如水泵类负载)中。环路电流主要造成传导干扰与地线干扰,对变频器与电动机影响不大;避免或减小环流的方法是尽可能减小地线回路阻抗。由于变频器接地线(PE变频器)一般与电动机接地线(PE电动机)连接在一个点,必须尽可能加粗电动机接地电缆线径、减小两者间电阻,同时变频器与电源间地线采用地线铜母排或专用接地电缆、保证良好接地。对潜水深井泵这类负载,接地阻抗可能小于变压器与变频器接地阻抗之和,容易形成地环流。在变频器输出端串由 L、RC 组成的正弦波滤波器是抑制轴电压与轴电流的有效途径。