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可控硅中頻電源運行中的抗干擾問題研究

發布時間:2016-06-17  來源:http://www.hyzsbg.com 艾默生ups電源

隨著電力電子技術的發展和電力電子元器件制造水平的提高,中頻感應加熱技術日臻完善。中頻感應加熱以其便捷高效的加熱性能正逐步取代煤、油等燃料加熱而成為工業加熱的首選方式。作為感應加熱裝置的電源,KGPS(可控硅靜止變頻裝置)與傳統BPS機組(中頻發電機組)相比,負載適應性強,效率高,易于形成自動加熱線,已在工業加熱領域得到越來越廣泛的應用。

無論是鍛造、鑄造還是熱處理生產線,作為前端加熱工序中的關鍵設備,KGPS電源一旦出現故障,就會直接造成整條生產線停產。所以,KGPS電源運行的可靠性值得重點關注。實際應用中,可控硅電源所在現場環境條件往往較差,振動強,溫度高,灰塵多,同時作為復雜的交一直一交變頻系統,電源運行中較易受到各種*信號的影響,特別對電源觸發系統和保護系統的影響尤為顯著。

當KGPS電源觸發系統電路受到*時,往往造成電源啟動性能下降;當保護系統電路受到*時,會造成保護環節(過流、過壓等)誤動作,導致電源頻繁跳閘,不能正常工作,甚至造成保護失靈,損壞功率元件,引發設備事故。由于*信號的隨機性,對于此類故障的分析診斷比較困難,稍有不慎,還有可能造成故障擴大。所以,對可控硅中頻電源運行中涉及到的各種*信號進行綜合分析,研究確定相應的抗*措施,對于提高中頻電源運行可靠性具有重要意義。

2KGPS電源運行中的主要*信號

2.1電場*

在國內外的電磁兼容標準中,把電場*常定名為射頻*。電場*的強弱首先與電場強度有關,控制線路所處環境電場強度越大,受到的*越強。電場*還與頻率有關,射頻頻率越低,其發射能力越弱,形成對外*的作用也越小。具體到感應加熱裝置,因為變頻器發出的電場頻率遠遠低于0.5MHz(射頻一般都在0.5MHz以上),相對于磁場*而言,電場*強度很小,只有逆變晶閘管導通和截止的轉換過程中,換相頻率較高,陰極和陽極問電壓的變化du/dt可能產生有效的空間電場*。

2.2磁場*

在帶電母線周圍存在著與母線電流同頻率的磁力線,磁力線匝鏈控制線就會在控制線中感應電流,造成控制信號畸變,從而產生磁場*。it]磁力線匝鏈控制電路板或信號檢測電路板,也會產生有效的磁場*。在變頻柜中,電場和磁場*都存在,就*強度而言,磁場*強度大于電場*,特別是逆變主電路所有母線中都載有很大的中頻電流,其周圍的磁場很強,因此產生的*不容忽視,應重點抑制。

2.3傳導*

傳導*分為兩部分,一是為感應加熱變頻器供電的電網中如果還有其他用電設備,尤其是大功率的用電設備,如電動機、電容器柜等,那么這些設備在啟動、停機等操作過程中都會產生*脈沖電壓,并會沿三相電源線傳導進入感應加熱變頻電源,這部分屬于外來的傳導*;另一部分是變頻器正常運行時在內部產生的傳導*,如逆變換相產生的電壓尖峰,也會通過各種不同的傳導途徑進入主控制板形成*,這部分屬于內部的傳導*。

3抗*的若干措施

3.1電磁屏蔽

對于電場*和磁場*而言,電磁屏蔽是最常見、最有效的一種抗*措施,它屬于被動的抗擾措施。電磁屏蔽雖不能降低電場或磁場*信號的強度,但可以削弱電磁*信號對正常工作線路的影響。電場屏蔽主要用于削弱電場*,在變頻器柜中,主控制板最好安裝在鐵箱內,鐵箱與殼體一起連接到大地,這就形成一道有效的電場屏蔽。任何控制信號在導線中傳輸時都有電流產生,有電流必有回路,回路必須要有兩條導線才能形成,兩條導線之間的空隙中如果有*磁力線通過,在回路中就會產生*電流。要避免這種*,唯有盡量減小兩條導線之間的間隙。使用緊密絞線可以最大限度減小兩條導線之間的問隙,也就大大減少*磁力線的竄人。在KGPS變頻電源柜中,可控硅觸發信號、中頻反饋信號等線路應采用屏蔽線或絞線布置,并且布線應盡可能的短。

3.2信號濾波

可控硅中頻電源實際運行過程中,對于來自同一供電網絡中其它用電設備的外來傳導*是不可能去除的,唯有加強防范,信號濾波是最常用的防范措施。在KGPs變頻電源中,三相電源進線端的RC吸收回路就是一個有效的抗擾濾波電路。當同一供電網絡中其它用電設備(尤其是大容量用電設備)啟、停時,因電流變化,在電源回路上就會感應過電壓(包括供電變壓器漏感和供電線路分布電感),形成*信號,對中頻電源造成傳導*,在經過RC信號濾波電路時,電容C就有一個充電的過程,也就是吸收過電壓能量的過程。通常過電壓持續的時間都比較短,如果電容器的容量足夠大,在可控硅中頻電源電路中就不會產生尖峰形成*。

同樣,整流觸發同步變壓器輸入、輸出信號及所有檢測電路中都必須設置RC濾波電路。特別需要說明的是,所有信號濾波電路中R、C參數的選擇對于濾波效果有直接影響,不能隨意替換。其中R為阻尼電阻,用以防止電源回路電感與電容C發生諧振,如果R選擇過小而發生諧振,則R、C非但不能吸收過電壓,反而將產生過電壓,加大對線路的*程度。

對于中頻電源自身內部產生的傳導*,則有可能從產生*的源頭限制其發生。其中主回路母線(匯流排)的合理排布不僅可以減小電磁場*,同時可以減小傳導*。因為母線的分布電感和電容是逆變換相產生雜散尖峰和寄生高頻震蕩的主要原因,這些雜散尖峰和寄生高頻震蕩都可能通過中頻電壓或電流互感器等檢測元件混雜在有用信號中,一起進人控制電路。

3.3母線布設

KGPS變頻電源柜內母線(主回路匯流排)合理布設可以最大限度地減小*電場和磁場的強度,這是從產生*的發源地著手解決問題,是一種最積極有效的方法。在主回路母線中,無論是直流母線、中頻母線、工頻母線都是成對的,其中一條母線是電流進,另一條母線是電流出。如果把成對的直流母線或中頻母線盡量相互貼近,則兩條母線周圍的磁力線因為大小相等、方向相反而相互抵消,也就不會產生電磁*。另外,相互貼近的兩條母線問的分布電容可以削減電壓波形中的“尖刺”,既有利于削弱電場*,也可減輕RC吸收回路的負擔。同時相關母線貼近安裝可大大減小分布電感,有利于中頻電源的啟動,也有利于減小母線上的電壓降,提高感應器兩端電壓,從而提高有效加熱功率。所以,對于可控硅變頻電源,主回路匯流排的布設方式應重點考慮。

3.4控制線路布線

KGPS變頻電源柜內控制信號較多,交流、直流信號并存,工頻、中頻信號并存。為減少*,各種控制信號應分類布設,并且要盡可能遠離主回路匯流排。一般要遵循下面兩個原則:

①中頻控制信號線單獨設線槽與逆變有關的控制線與信號線最容易受*(導致啟動失敗、正常工作時引起逆變失敗、過流保護動作),也最容易*整流部分正常工作。為避免這種*,與中頻相關的控制線、信號線應單獨設置安裝線槽,并盡可能遠離主回路母線,有些二次線(觸發信號、中頻反饋信號等)必須緊密絞和。

②儀表引線單獨設線槽儀表引線周圍的電磁場是不可忽視的*源,如直流電壓表引線中帶有兩倍于變頻器輸出頻率的電壓波形,因此所有儀表引線也不宜與其它控制線混放在一個線槽內。

3.5繼電控制設計

繼電控制電路應優先選擇最簡單的設計方案。在滿足正常操作與維修的基礎上,控制按鈕、開關、指示燈等設置應當力求減少到最低數量,一方面便于操作,另一方面也可以減少*。控制按鈕、開關、指示燈等通常往往需要經過較長的引線引到裝置的面板上,或者經過更長的引線引到遠離裝置本體的操作者手邊,而這些部件有時既與繼電控制系統有聯系,又與可控硅的觸發或保護系統有聯系。引線越長往往越容易引入各種*,使觸發系統或保護系統工作異常。所以除了盡量減少按鈕、開關、指示燈等部件的數量外,必需的長引線也可采用有絕緣雙絞芯線的屏蔽線。此外,在可控硅觸發系統和保護系統中所設置的觸點可通過小型繼電器實行隔離,以提高抗*能力。

小型繼電器可以直接安裝在觸發系統或保護系統之中,這樣觸點的引線就極短,不易引入*,而繼電器的線圈可以通過較長的導線與繼電控制系統連接起來,這樣可以大大削弱長引線引入的*對觸發系統或保護系統的影響。

3.6其它抗*措施

上面所述幾點為最根本的抗*措施,除此之外,還有下列一些方面需要注意:

①通常,可控硅中頻電源工作環境振動強烈,主電路接線連接不牢易引起發熱,控制回路接線不牢則易引入*信號,影響電源可靠性。所以,對于各接線端(壓接、插接、焊接等)應經常檢查,確保可靠。

②選擇KGPS變頻電源時盡可能采用抗*能力強的控制電路,對于觸發脈沖形成電路,優先采用數字化集成電路。

③用工頻電流互感器采集中頻電流信號,利用工頻電流互感器反應速度慢的特點來濾去中頻電流中的雜波和高次諧波。

4 結束語

可控硅變頻電源運行過程中,主電路與控制電路協同工作,主電路形成的電場、磁場對控制電路信號的*原則上是無法消除的,對于來自同一供電網絡中其它用電設備的外來傳導*也是不可能去除的。只能通過采取必要的措施,切實有效地降低*信號的強度,或者提高控制電路的抗*能力,盡可能避免*信號影響控制電路的正常工作。針對性地采取以上抗*措施后,可控硅變頻電源的可靠性會得到進一步提高。

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