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​可控硅电源运行中的抗干扰问题研究
编辑:扬州凯弘电源科技有限公司   发布时间:2017-08-28

本文分析了可控硅电源运行中各种干扰信号的产生及其对中频电源安全运行的影响,提出削弱干扰、增强抗干扰能力、提高中频电源运行可靠性的有效措施。 

      1 引言 

      随着电力电子技术的发展和电力电子元器件制造水平的提高,中频感应加热技术日臻完善。中频感应加热以其便捷高效的加热性能正逐步取代煤、油等燃料加热而成为工业加热的首选方式。作为感应加热装置的电源,KGPS(可控硅静止变频装置)与传统BPS机组(中频发电机组)相比,负载适应性强,效率高,易于形成自动加热线,已在工业加热领域得到越来越广泛的应用。 

      无论是锻造、铸造还是热处理生产线,作为前端加热工序中的关键设备,KGPS电源一旦出现故障,就会直接造成整条生产线停产。所以,KGPS电源运行的可靠性值得重点关注。实际应用中,可控硅电源所在现场环境条件往往较差,振动强,温度高,灰尘多,同时作为复杂的交一直一交变频系统,电源运行中较易受到各种干扰信号的影响,特别对电源触发系统和保护系统的影响尤为显著。 

      当KGPS电源触发系统电路受到干扰时,往往造成电源启动性能下降;当保护系统电路受到干扰时,会造成保护环节(过流、过压等)误动作,导致电源频繁跳闸,不能正常工作,甚至造成保护失灵,损坏功率元件,引发设备事故。由于干扰信号的随机性,对于此类故障的分析诊断比较困难,稍有不慎,还有可能造成故障扩大。所以,对可控硅中频电源运行中涉及到的各种干扰信号进行综合分析,研究确定相应的抗干扰措施,对于提高可控硅电源运行可靠性具有重要意义。 

      2 KGPS电源运行中的主要干扰信号 

      2.1电场干扰 

      在国内外的电磁兼容标准中,把电场干扰常定名为射频干扰。电场干扰的强弱首先与电场强度有关,控制线路所处环境电场强度越大,受到的干扰越强。电场干扰还与频率有关,射频频率越低,其发射能力越弱,形成对外干扰的作用也越小。具体到感应加热装置,因为变频器发出的电场频率远远低于0.5MHz(射频一般都在0.5MHz以上),相对于磁场干扰而言,电场干扰强度很小,只有逆变晶闸管导通和截止的转换过程中,换相频率较高,阴极和阳极问电压的变化du/dt可能产生有效的空间电场干扰。 

      2.2磁场干扰 

      在带电母线周围存在着与母线电流同频率的磁力线,磁力线匝链控制线就会在控制线中感应电流,造成控制信号畸变,从而产生磁场干扰。it]磁力线匝链控制电路板或信号检测电路板,也会产生有效的磁场干扰。在变频柜中,电场和磁场干扰都存在,就干扰强度而言,磁场干扰强度大于电场干扰,特别是逆变主电路所有母线中都载有很大的中频电流,其周围的磁场很强,因此产生的干扰不容忽视,应重点抑制。 

      2.3传导干扰 

      传导干扰分为两部分,一是为感应加热变频器供电的电网中如果还有其他用电设备,尤其是大功率的用电设备,如电动机、电容器柜等,那么这些设备在启动、停机等操作过程中都会产生干扰脉冲电压,并会沿三相电源线传导进入感应加热变频电源,这部分属于外来的传导干扰;另一部分是变频器正常运行时在内部产生的传导干扰,如逆变换相产生的电压尖峰,也会通过各种不同的传导途径进入主控制板形成干扰,这部分属于内部的传导干扰。 

      3 抗干扰的若干措施 

      3.1电磁屏蔽 

      对于电场干扰和磁场干扰而言,电磁屏蔽是最常见、最有效的一种抗干扰措施,它属于被动的抗扰措施。电磁屏蔽虽不能降低电场或磁场干扰信号的强度,但可以削弱电磁干扰信号对正常工作线路的影响。电场屏蔽主要用于削弱电场干扰,在变频器柜中,主控制板最好安装在铁箱内,铁箱与壳体一起连接到大地,这就形成一道有效的电场屏蔽。任何控制信号在导线中传输时都有电流产生,有电流必有回路,回路必须要有两条导线才能形成,两条导线之间的空隙中如果有干扰磁力线通过,在回路中就会产生干扰电流。要避免这种干扰,唯有尽量减小两条导线之间的间隙。使用紧密绞线可以最大限度减小两条导线之间的问隙,也就大大减少干扰磁力线的窜人。在KGPS变频电源柜中,可控硅触发信号、中频反馈信号等线路应采用屏蔽线或绞线布置,并且布线应尽可能的短。 

      3.2信号滤波 

      可控硅电源实际运行过程中,对于来自同一供电网络中其它用电设备的外来传导干扰是不可能去除的,唯有加强防范,信号滤波是最常用的防范措施。在KGPs变频电源中,三相电源进线端的RC吸收回路就是一个有效的抗扰滤波电路。当同一供电网络中其它用电设备(尤其是大容量用电设备)启、停时,因电流变化,在电源回路上就会感应过电压(包括供电变压器漏感和供电线路分布电感),形成干扰信号,对中频电源造成传导干扰,在经过RC信号滤波电路时,电容C就有一个充电的过程,也就是吸收过电压能量的过程。通常过电压持续的时间都比较短,如果电容器的容量足够大,在可控硅中频电源电路中就不会产生尖峰形成干扰。 

      同样,整流触发同步变压器输入、输出信号及所有检测电路中都必须设置RC滤波电路。特别需要说明的是,所有信号滤波电路中R、C参数的选择对于滤波效果有直接影响,不能随意替换。其中R为阻尼电阻,用以防止电源回路电感与电容C发生谐振,如果R选择过小而发生谐振,则R、C非但不能吸收过电压,反而将产生过电压,加大对线路的干扰程度。 

      对于可控硅电源自身内部产生的传导干扰,则有可能从产生干扰的源头限制其发生。其中主回路母线(汇流排)的合理排布不仅可以减小电磁场干扰,同时可以减小传导干扰。因为母线的分布电感和电容是逆变换相产生杂散尖峰和寄生高频震荡的主要原因,这些杂散尖峰和寄生高频震荡都可能通过中频电压或电流互感器等检测元件混杂在有用信号中,一起进人控制电路……



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