变频技术中常出现的问题及对策

由于VVVF控制方式具有高效、节能等优点，在工业领域，特别是电气设备上得以广泛应用。电梯领域采用VVVF控制方式为时较早，目前电梯行业几乎都已采用这种控制方式，其优点是很明显的，但从原理上讲，这类系统依然存在着漏电流和高次谐波噪音。
　　作为一种对策，现在比较有效的方法是在变频器上设置有效的屏蔽回路。下面就说明为了减少漏电流和高次谐波噪音的干扰，对变频器控制电梯设备的设计、施工及测定时所应考虑的问题。

1 漏电流的产生原理
　　变频器控制方法采用的是高速开关PWM脉宽调制。在控制系统中，驱动曳引电动机的变频器输出电压波形，由于高频和高压是急剧变化的，因而，在电动机线圈和外壳之间、在电动机引出线和大地之间存在着寄生电容（其静电电容量会因设置条件和机器的不同而大副变化），因此寄生电容就会有高频成分的漏电流流向大地。
　　图1所示的是变频器与可控硅两种控制方式的比较情况。在可控硅控制中，虽然可控硅触发时的电压变化也大，也会有脉冲漏电流流产生，但在单相1个周期中，脉冲不会超过2次，设60Hz地区可知1秒的开关触发次数也就是360次（60Hz × 3相 × 2次）。其平均漏电流值很小，可以忽略不计。而使用变频器的PWM方式，其开关触发次数可达3—10KHz，因此与可控硅控制方式相比，变频器控制方式的漏电流流是很大的。
　　这种漏电流流经寄生电容流向大地的仅是高频部分，与因绝缘不良或短路形成的工频（50/60Hz）漏电流是基本不同的，后者是直接流向大地的，与可控硅控制的电梯一样，这种工频漏电流值也是很小的。
　　由于漏电流中包含有高频电流和工频电流两部分，所以可以用漏电流断路器、漏电流继电器或者漏电报警器来检测其中所含变频器产生的高频漏电流。

2 漏电流断路器、漏电报警器的选择与漏电流的测定方法
　　漏电流断路器、漏电报警器等是以防止人体触电和因短路造成的火灾为目的。对于机电设备而言，设置漏电流断路器或漏电报警器的目的就是为了在绝缘老化而发生短路时，检测出直接流向接地端的工频电源频率，并切断电源。当测定变频器控制电梯时，应使用与变频器相应的漏电电流计。而检测工频电源频率则是用不能检测高频漏电流电流的相应型号的漏电电流计。与变频器相应型号的测定器，可把高频的灵敏度从截止频率（大约700HZ左右）降下来，有可能将测定范围限定在工频电源频率附近。

3 关于漏电流断路器或漏电报警器的设定值
　　在变频器控制的电梯中使用与变频器相应的漏电流断路器或漏电报警器的同时，对于每一台电梯还应设定以下的灵敏度电流作为目标基准。
　　当由电气设备的技术标准、劳动安全规则等对额定工作电流有所规定时，对每一台电梯都要备有漏电流断路器或漏电报警器。
　　灵敏度电流的目标设定值：1.一般电梯200MA 2. 家用电梯 30MA

4 高频漏电流问题的对策
　　在变频器控制的电梯中，如前所述，会产生工频电源频率高的漏电流，因此，在电梯的电源部分要安装漏电流断路器或漏电报警器，它对于电梯以及设备的影响很小。

4．1 关于其它设备的漏电流断路器或漏电报警器不动作的问题
　　若漏电流断路器或漏电报警器置于变频器控制的动力线，电梯运行，对于电梯以外的其它设备的漏电流断路器或漏电报警器有发生不能动作的可能。
　　如图2所示，设于电梯动力用变压器分路中的漏电流断路器或漏电报警器，因不是与变频器相应的型号，由于流经接地线的高频漏电流作用，以至不能动作。作为对策，应把其它设备上用的漏电流断路器或漏电报警器更换为变频器相应型号。
　　由此，对于和变频器控制电梯使用同一变压器的设备，可推荐使用与变频器相应型号的漏电流断路器或漏电报警器。

4．2 使用临时电源时，漏电流断路器或漏电报警器不动作的问题
　　在大楼建设过程中，用临时电源驱动电梯，设在临时电源上的漏电流断路器或漏电报警器有不动作的情况发生。例如，这时的漏电流断路器或漏电报警器不一定是与变频器相应型号，所以，由于高频漏电流的影响，以至不动作。这时尤其是当漏电流断路器或漏电报警器的设定值很低的情况，因此也必须选用与变频器相应的型号。再者，推荐在每一台电梯上设置漏电流断路器或漏电报警器。

4．3电梯更新时漏电流断路器或漏电报警器不动作的问题
　　在把老式电梯更新为变频器控制电梯时，漏电流断路器或漏电报警器会不动作。如原有电梯用的不是与变频器相适应的漏电流断路器或漏电报警器，继续使用则可能发生不动作。因此推荐更新为与变频器相对应的漏电流断路器或漏电报警器。

5 关于高次谐波噪音的对策
5．1 高次谐波噪音的发生原理
　　产生高次谐波噪音的原理与漏电流流是一样的。由于驱动曳引电动机变频器装置的输出电压波形也是高频高压，变化剧烈，因此会产生高次谐波噪音。其路线如图3所示。
　　变频器控制电梯产生的高次谐波噪音大体可分4种类型：
（1） 辐射噪音
　　在变频器及电动机的输出线和进入变频器装置的输入线之间的空间内存在电磁波，这就产生了辐射噪音。如图3中所示的①、②、③。这种噪音就成了对通讯设备天线和信号线的噪音障碍
（2） 电磁感应噪音
　　由于进入电动机的输出线以及进入变频器的输入线的电流会形成一个磁场，使其和接近的设备信号线发生感应而产生噪音。如图3中的④。
（3） 静电感应噪音
　　由于进入电动机的输出线以及进入变频器的输入线之间存在电位差（即电场），感应与其接近的设备信号线而产生噪音，如图3中的⑤、⑥。
（4） 电路传播噪音
　　由电源线以及接地线直接进入设备的高次谐波噪音，如图3中的⑦、⑧。

5．2高次谐波噪音的影响及对策
　　由变频器控制的电梯产生的高次谐波噪音一般集中在100KHz——3MHz之内。在该频带内受影响最低大的是调幅（MA）无线电。对于高次谐波噪音具有敏感影响的还有某些通讯设备和运算放大器（OA）设备等弱电设备。变频器控制的电梯中装有滤波器，以便在开关元件开、关状态下可以抑制触发电涌，并减少高次谐波噪音的产生。但是对于高次谐波敏感的设备,诸如通讯设备和OA设备而言,还应采取以下对策：
(1) 对于辐射噪音，要限制噪音发生源和可能受其影响的设备的距离；或者对噪音源和会受其影响的设备做好屏蔽。
(2) 对于电磁感应噪音和静电感应噪音，要尽可能远离噪音源和会施给影响的设备。
(3) 对于由电源线直接影响设备的噪音，要作到：电梯动力线、接地线和设备的电源线、接地线相互分离。
　　以上基本对策是一般的，下面介绍具体对策：
（1） 对电源线感应噪音对策
　　为了防止由电梯动力线形成的电磁感应和静电感应噪音对弱电设备的信号线和电源线的感应，应采取以下措施
a． 电梯动力线和弱电设备的电源线之间不能平行配线。如果交叉配线时，其间距离应在1m以上。
b． 电梯动力线和弱电设备的电源线不能平行配线。如果交叉配线时其间距离应在1m以上。若分离比较困难，则弱电设备的电源线要加用金属软管。如图4所示。
（2） 对电源变压器感应噪音的对策
　　供给弱电设备电源和电梯电源是统一变压器时，电梯产生的噪音会通过电源线干扰弱电设备。这种情况下，应使电梯电源的变压器和弱电设备的变压器分离。参见图5。
（3） 关于接地线对弱电设备干扰噪音的对策
　　由于弱电设备的接地线和电梯上的接地线相连，电梯产生的噪音经由接地线产生干扰。为此，应使电梯的接地线与弱电设备的接地线分离。参见图6。
a． 应避免电梯与弱电设备的采用公用接地线，一定要各自独立配线，独立接地。
b． 电梯电源变压器的接地线要做专用接地，独立配线。
（4） 对于弱点设备应考虑的事项
　　对于通讯设备或OA设备，在与具有电磁兼容性的设备共同使用时，为了防止辐射噪音及电源线产生的噪音干扰，应采取以下措施：
a． 为了避开电梯辐射噪音的干扰，在电梯的机房及动力线附近不能设置无线电及其它通讯设施的天线。
b． 对易受噪音干扰的设备，应在设备电源线上设置线路滤波器或噪音切断装置（即绝缘变压器），以防止电源线的噪音干扰。特别对小型电话交换机、音响设备、有线和无线广播设施，事先就应考虑到这个问题。
c． 当需要设置安全保密传感器的时候，应事先与生产厂家做好协商，对电梯的防噪音干扰采取特别的措施。
（5） 其他
　　在电源及设备上若不能实施上述（1）—（4）说明的对策措施时，应事先与电梯制造厂妥善协商。