本文分析了可控硅中頻電源運(yùn)行中各種干擾信號(hào)的產(chǎn)生及其對(duì)中頻電源安全運(yùn)行的影響，提出削弱干擾、增強(qiáng)抗干擾能力、提高中頻電源運(yùn)行可靠性的有效措施。

    1 引言

    隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子元器件制造水平的提高，中頻感應(yīng)加熱技術(shù)日臻完善。中頻感應(yīng)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(yè)加熱的首選方式。作為感應(yīng)加熱裝置的電源，KGPS(可控硅靜止變頻裝置)與傳統(tǒng)BPS機(jī)組(中頻發(fā)電機(jī)組)相比，負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，易于形成自動(dòng)加熱線(xiàn)，已在工業(yè)加熱領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

    無(wú)論是鍛造、鑄造還是熱處理生產(chǎn)線(xiàn)，作為前端加熱工序中的關(guān)鍵設(shè)備，KGPS電源一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)直接造成整條生產(chǎn)線(xiàn)停產(chǎn)。所以，KGPS電源運(yùn)行的可靠性值得重點(diǎn)關(guān)注。實(shí)際應(yīng)用中，可控硅電源所在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件往往較差，振動(dòng)強(qiáng)，溫度高，灰塵多，同時(shí)作為復(fù)雜的交一直一交變頻系統(tǒng)，電源運(yùn)行中較易受到各種干擾信號(hào)的影響，特別對(duì)電源觸發(fā)系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的影響尤為顯著。

    當(dāng)KGPS電源觸發(fā)系統(tǒng)電路受到干擾時(shí)，往往造成電源啟動(dòng)性能下降;當(dāng)保護(hù)系統(tǒng)電路受到干擾時(shí)，會(huì)造成保護(hù)環(huán)節(jié)(過(guò)流、過(guò)壓等)誤動(dòng)作，導(dǎo)致電源頻繁跳閘，不能正常工作，甚至造成保護(hù)失靈，損壞功率元件，引發(fā)設(shè)備事故。由于干擾信號(hào)的隨機(jī)性，對(duì)于此類(lèi)故障的分析診斷比較困難，稍有不慎，還有可能造成故障擴(kuò)大。所以，對(duì)可控硅中頻電源運(yùn)行中涉及到的各種干擾信號(hào)進(jìn)行綜合分析，研究確定相應(yīng)的抗干擾措施，對(duì)于提高中頻電源運(yùn)行可靠性具有重要意義。

    2 KGPS電源運(yùn)行中的主要干擾信號(hào)

    2.1電場(chǎng)干擾

    在國(guó)內(nèi)外的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中，把電場(chǎng)干擾常定名為射頻干擾。電場(chǎng)干擾的強(qiáng)弱首先與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，控制線(xiàn)路所處環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度越大，受到的干擾越強(qiáng)。電場(chǎng)干擾還與頻率有關(guān)，射頻頻率越低，其發(fā)射能力越弱，形成對(duì)外干擾的作用也越小。具體到感應(yīng)加熱裝置，因?yàn)樽冾l器發(fā)出的電場(chǎng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.5MHz(射頻一般都在0.5MHz以上)，相對(duì)于磁場(chǎng)干擾而言，電場(chǎng)干擾強(qiáng)度很小，只有逆變晶閘管導(dǎo)通和截止的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，換相頻率較高，陰極和陽(yáng)極問(wèn)電壓的變化du/dt可能產(chǎn)生有效的空間電場(chǎng)干擾。

    2.2磁場(chǎng)干擾

    在帶電母線(xiàn)周?chē)�存在著與母線(xiàn)電流同頻率的磁力線(xiàn)，磁力線(xiàn)匝鏈控制線(xiàn)就會(huì)在控制線(xiàn)中感應(yīng)電流，造成控制信號(hào)畸變，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾。it]磁力線(xiàn)匝鏈控制電路板或信號(hào)檢測(cè)電路板，也會(huì)產(chǎn)生有效的磁場(chǎng)干擾。在變頻柜中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾都存在，就干擾強(qiáng)度而言，磁場(chǎng)干擾強(qiáng)度大于電場(chǎng)干擾，特別是逆變主電路所有母線(xiàn)中都載有很大的中頻電流，其周?chē)�的磁�?chǎng)很強(qiáng)，因此產(chǎn)生的干擾不容忽視，應(yīng)重點(diǎn)抑制。

    2.3傳導(dǎo)干擾

    傳導(dǎo)干擾分為兩部分，一是為感應(yīng)加熱變頻器供電的電網(wǎng)中如果還有其他用電設(shè)備，尤其是大功率的用電設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、電容器柜等，那么這些設(shè)備在啟動(dòng)、停機(jī)等操作過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生干擾脈沖電壓，并會(huì)沿三相電源線(xiàn)傳導(dǎo)進(jìn)入感應(yīng)加熱變頻電源，這部分屬于外來(lái)的傳導(dǎo)干擾;另一部分是變頻器正常運(yùn)行時(shí)在內(nèi)部產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，如逆變換相產(chǎn)生的電壓尖峰，也會(huì)通過(guò)各種不同的傳導(dǎo)途徑進(jìn)入主控制板形成干擾，這部分屬于內(nèi)部的傳導(dǎo)干擾。

    3 抗干擾的若干措施

    3.1電磁屏蔽

    對(duì)于電場(chǎng)干擾和磁場(chǎng)干擾而言，電磁屏蔽是最常見(jiàn)、最有效的一種抗干擾措施，它屬于被動(dòng)的抗擾措施。電磁屏蔽雖不能降低電場(chǎng)或磁場(chǎng)干擾信號(hào)的強(qiáng)度，但可以削弱電磁干擾信號(hào)對(duì)正常工作線(xiàn)路的影響。電場(chǎng)屏蔽主要用于削弱電場(chǎng)干擾，在變頻器柜中，主控制板最好安裝在鐵箱內(nèi)，鐵箱與殼體一起連接到大地，這就形成一道有效的電場(chǎng)屏蔽。任何控制信號(hào)在導(dǎo)線(xiàn)中傳輸時(shí)都有電流產(chǎn)生，有電流必有回路，回路必須要有兩條導(dǎo)線(xiàn)才能形成，兩條導(dǎo)線(xiàn)之間的空隙中如果有干擾磁力線(xiàn)通過(guò)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生干擾電流。要避免這種干擾，唯有盡量減小兩條導(dǎo)線(xiàn)之間的間隙。使用緊密絞線(xiàn)可以最大限度減小兩條導(dǎo)線(xiàn)之間的問(wèn)隙，也就大大減少干擾磁力線(xiàn)的竄人。在KGPS變頻電源柜中，可控硅觸發(fā)信號(hào)、中頻反饋信號(hào)等線(xiàn)路應(yīng)采用屏蔽線(xiàn)或絞線(xiàn)布置，并且布線(xiàn)應(yīng)盡可能的短。

    3.2信號(hào)濾波

    可控硅中頻電源實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于來(lái)自同一供電網(wǎng)絡(luò)中其它用電設(shè)備的外來(lái)傳導(dǎo)干擾是不可能去除的，唯有加強(qiáng)防范，信號(hào)濾波是最常用的防范措施。在KGPs變頻電源中，三相電源進(jìn)線(xiàn)端的RC吸收回路就是一個(gè)有效的抗擾濾波電路。當(dāng)同一供電網(wǎng)絡(luò)中其它用電設(shè)備(尤其是大容量用電設(shè)備)啟、停時(shí)，因電流變化，在電源回路上就會(huì)感應(yīng)過(guò)電壓(包括供電變壓器漏感和供電線(xiàn)路分布電感)，形成干擾信號(hào)，對(duì)中頻電源造成傳導(dǎo)干擾，在經(jīng)過(guò)RC信號(hào)濾波電路時(shí)，電容C就有一個(gè)充電的過(guò)程，也就是吸收過(guò)電壓能量的過(guò)程。通常過(guò)電壓持續(xù)的時(shí)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(huì)產(chǎn)生尖峰形成干擾。

    同樣，整流觸發(fā)同步變壓器輸入、輸出信號(hào)及所有檢測(cè)電路中都必須設(shè)置RC濾波電路。特別需要說(shuō)明的是，所有信號(hào)濾波電路中R、C參數(shù)的選擇對(duì)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(fā)生諧振，如果R選擇過(guò)小而發(fā)生諧振，則R、C非但不能吸收過(guò)電壓，反而將產(chǎn)生過(guò)電壓，加大對(duì)線(xiàn)路的干擾程度。

    對(duì)于中頻電源自身內(nèi)部產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，則有可能從產(chǎn)生干擾的源頭限制其發(fā)生。其中主回路母線(xiàn)(匯流排)的合理排布不僅可以減小電磁場(chǎng)干擾，同時(shí)可以減小傳導(dǎo)干擾。因?yàn)槟妇�(xiàn)的分布電感和電容是逆變換相產(chǎn)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(guò)中頻電壓或電流互感器等檢測(cè)元件混雜在有用信號(hào)中，一起進(jìn)人控制電路。

    3.3母線(xiàn)布設(shè)

    KGPS變頻電源柜內(nèi)母線(xiàn)(主回路匯流排)合理布設(shè)可以最大限度地減小干擾電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度，這是從產(chǎn)生干擾的發(fā)源地著手解決問(wèn)題，是一種最積極有效的方法。在主回路母線(xiàn)中，無(wú)論是直流母線(xiàn)、中頻母線(xiàn)、工頻母線(xiàn)都是成對(duì)的，其中一條母線(xiàn)是電流進(jìn)，另一條母線(xiàn)是電流出。如果把成對(duì)的直流母線(xiàn)或中頻母線(xiàn)盡量相互貼近，則兩條母線(xiàn)周?chē)�的磁力線(xiàn)因?yàn)榇笮∠嗟取⒎较蛳喾炊�相互抵消，也就不�?huì)產(chǎn)生電磁干擾。另外，相互貼近的兩條母線(xiàn)問(wèn)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(chǎng)干擾，也可減輕RC吸收回路的負(fù)擔(dān)。同時(shí)相關(guān)母線(xiàn)貼近安裝可大大減小分布電感，有利于中頻電源的啟動(dòng)，也有利于減小母線(xiàn)上的電壓降，提高感應(yīng)器兩端電壓，從而提高有效加熱功率。所以，對(duì)于可控硅變頻電源，主回路匯流排的布設(shè)方式應(yīng)重點(diǎn)考慮。

    3.4控制線(xiàn)路布線(xiàn)

    KGPS變頻電源柜內(nèi)控制信號(hào)較多，交流、直流信號(hào)并存，工頻、中頻信號(hào)并存。為減少干擾，各種控制信號(hào)應(yīng)分類(lèi)布設(shè)，并且要盡可能遠(yuǎn)離主回路匯流排。一般要遵循下面兩個(gè)原則：

    ①中頻控制信號(hào)線(xiàn)單獨(dú)設(shè)線(xiàn)槽與逆變有關(guān)的控制線(xiàn)與信號(hào)線(xiàn)最容易受干擾(導(dǎo)致啟動(dòng)失敗、正常工作時(shí)引起逆變失敗、過(guò)流保護(hù)動(dòng)作)，也最容易干擾整流部分正常工作。為避免這種干擾，與中頻相關(guān)的控制線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置安裝線(xiàn)槽，并盡可能遠(yuǎn)離主回路母線(xiàn)，有些二次線(xiàn)(觸發(fā)信號(hào)、中頻反饋信號(hào)等)必須緊密絞和。