供暖系统中循环泵变频运行产生的干扰及解决方案
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作者: 张 娟 何维国
[关键词]供暖系统;循环泵;干扰
一、引言
在供暖系统中,循环泵采用变频器运行,因节能效果显著、调节方便、维护简单等优点而被越来越多的人所应用。但是,由于变频器特殊的工作方式,带来的干扰问题越来越严重。变频器干扰主要有:一是变频器中大都使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件,运行时产生的高次谐波对电网及其他控制器件产生干扰,引起电网电压畸变,污染了电网,影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等开关器件,在输出能量的同时也将产生较强的电磁辐射干扰信号,影响了其他控制信号的正常工作。下面叙述一下循环泵变频运行时产生的干扰现象及采取的解决办法。
二、循环泵变频运行时产生谐波的危害和电磁辐射对电网及其他控制器件的危害
谐波可以通过电网传导到其他的用电器,影响了许多电气设备的正常运行。变频器运行时产生的高次谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低用电设备的效率。谐波还可能干扰继电器保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。谐波会引起谐振,从而使谐波放大。
电磁辐射对其他用电设备的干扰危害也很大,变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号,如温度信号、压力信号和电动调节阀的给定信号和反馈等信号受到干扰后,使系统无法得到正确的检测信号,控制系统产生紊乱。可能超压、超温等严重危害供热系统的现象。给供热企业造成重大损失。变频器对电网容量大的系统影响不十分明显,这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对容量小的系统,谐波产生的干扰就不能被忽视。尤其是在供热系统中,由二次网回水压力控制补水泵启停,和由二次网供水温度控制控制一次网的电动调节阀的系统中尤为明显,一但二次网回水压力或二次网的供水压力受到干扰,从而控制信号失真,就可能产生超压和超温或欠压和欠温的现象。使供热系统无法正常工作。
因此,解决循环泵变频运行时产生的高次谐波和电磁辐射现象具有十分重要的意义。
三、有关谐波的国际及国家标准
1.国际标准
IEC61000-2-2标准适用于公用电网,IEC61000-2-4标准适用于厂级电网,这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度,它们规定了最大允许的电压畸变率THDv。
IEC61000-2-2标准规定了电网公共接入点处的各次谐波电压含有的THDv约为8%。
IEC61000-2-4标准分三级。第一类对谐波敏感场合(如计算机、实验室等)THDv为5%;第二类针对电网公共接入点和一部分厂内接入点THDv为8%;第三类主要针对厂内接入点THDv为10%。
以上两个标准还规定了电器设备所允许产生谐波电流的幅值,前者主要针对16A以下,后者主要针对16A到64A。
IEEE519―1992标准是个建议标准,目标是将单次THDv限制在3%以下,总THDv限制在5%以下。
2.国内标准。GB/T14549-93中规定,公用电网谐波电压(相电压)限值为380V
(220V)电网电压总THDv为5%,各次谐波电压含有率奇次为4%,偶次为2%。
由以上标准看来,一般单次电压畸变率在3%~6%,总电压畸变率在5%~8%的范围内是可以接受的。
四、减少循环泵变频器谐波对其他设备影响的方法
1.增加交流/直流电抗器。
2.多相脉冲整流。
在要求产生的谐波限制在比较小的情况下,可以采用多相整流的方法。
3.无源滤波器。
采用无源滤波器后,满载时进线中的THDv可降至5%~10%,满足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求,技术成熟,价格适中。适用于所有负载下的THDv<30%的情况。缺点是轻载时功率因数会降低。
4.输出电抗器。
采用在循环泵变频器到电动机之间增加交流电抗器的方法,主要目的是减少变频器的输出在能量传输过程中,线路产生的电磁辐射。
五、削弱变频器谐波和电磁辐射对设备干扰的方法
1.使用滤波模块或组件。
2.使用隔离变压器。
3.选用具有开关电源的仪表等低压设备。
4.解决好信号线的抗干扰工作
(1)常态干扰的抑制
常态干扰是指叠加在测量信号线上的干扰信号,这种干扰大多是频率较高的交变信号,其来源一般是耦合干扰。抑制常态干扰的方法有:1)在输入回路接RC滤波器或双T滤波器。2)尽量采用双积分式A/D转换器,由于这种积分器工作的特点,具有一定的消除高频干扰的作用。3)将电压信号转换成电流信号再传输的方式,对于常态的干扰有非常强的抑制作用。
(2)共模干扰的抑制
1)采用双差分输入的差动放大器,这种放大器具有很高的共模抑制比。2)把输入线绞合,绞合的双绞线能降低共模干扰,由于改变了导线电磁感应e的方向,从而使其感应互相抵消。3)采用光电隔离的方法,可以消除共模干扰。4)使用屏蔽线时,屏蔽层只一端接地。因为若两端接地,由于接地电位差在屏蔽层内会流过电流而产生干扰,因此只要一端接地即可防止干扰。
5.在使用以单片机、PLc、计算机等为核心的控制系统中,编制软件的时候,可以适当增加对检测信号和输出控制部分的软件滤波,以增强系统自身的抗干扰能力。
总结
在循环泵变频运行时干扰的分布参数是很复杂的,因此在抗干扰时,应当采用适当的措施,既要考虑效果,又要考虑价格因素,还要因现场情况而定。采用的措施只要能解决问题即可,往往过多的抗干扰措施有可能会产生额外的干扰,具体情况具体解决。
收稿日期:2010-08-02□
(编辑/丹桔)
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