電焊機高頻騷擾解決方案

  電焊機的整流模塊引起的電流畸變會產生諧波騷擾；電焊機的逆變器大多采用了 PWM 脈沖寬度調制技術，逆變模塊高速開關時會產生大量耦合性噪聲，對與電焊機共處同一電源環境的其他的電子、電氣設備來說，電焊機是一個電磁干擾源，且長期以來未得到重視，更未采取有效措施加以改善，因此，解決電焊機設備造成的電網污染問題，十分迫切……

一、電焊機電磁騷擾的主要來源
1、輸入整流引起的低頻諧波騷擾
  三相380V電源首先要經過三相整流橋QL1整流和C2濾波，濾波電容器的等效容量一般在50～1000μf之間，在采用大電容器濾波的整流濾波電路中，整流二極管導通時間較短，濾波電容充電電流瞬時峰值大，電流波形為近似尖脈沖，使50Hz正弦電流波形發生畸變，產生諧波電流。
  畸變的電流、電壓高次諧波會沿電源電纜、供電網絡產生傳導騷擾和輻射騷擾，由于頻率相對較低，其輻射水平并不會很高。
2、由逆變器引起的高頻騷擾
  大多數工業應用的電焊機主電路采用了20kHz全橋或半橋逆變電路，電焊機的逆變器開關器件、快恢復整流管、主變壓器在運行時均會產生頻率較高的電磁騷擾，高頻騷擾可通過線路和多種途徑耦合傳輸以外，以電磁場的形式向外輻射的強度遠大于低頻諧波騷擾，對使用金屬外殼的電焊機而言，由于機殼的屏蔽作用，這些有害輻射的受害者往往是焊機本身，向外輻射一般只能通過輸入電纜、焊接電纜實現。
  在電焊機中，逆變模塊在很高的電壓下以高頻開關方式工作，開關電壓、電流均接近方波。由頻譜分析可知，方波含有豐富的高次諧波，其頻譜可達基波頻率的1000次以上，輻射能力大大提高。
  逆變模塊開通、關斷電壓、電流(軟開關)的同時，由于主變壓器的漏感及分布電容在逆變模塊開通、關斷時，常常產生高頻高壓尖峰震蕩，由此而產生的高次諧波可由多種途徑傳入內部電路，也可通過散熱器及主變壓器等途經向空間輻射。
  用于次級整流的快恢復二極管也是產生高頻騷擾的一個重要原因，整流管工作于高頻開關狀態時，由于二極管的引線寄生電感、結電容的存在，以及反向恢復電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，且產生高頻震蕩。由次級整流快恢復二極管產生的高頻騷擾很容易通過焊機輸出端饋出。

二、電焊機高頻騷擾解決方案
  電焊機產生的電磁諧波，可以通過綠波杰能自主研發、生產、銷售的如下器件進行抑制：
1、MLAD-W系列電焊機專用濾波器
2、MLAD-WR系列電焊機專用電抗器
3、MLAD-MR系列磁環濾波器
4、MLAD-ZR系列零相電抗器
5、MLAD-GFC系列LCL諧波濾波器
6、MLAD-HIC系列智能無功補償電力電容器
7、MLAD-APF系列有源電力諧波濾波器

三、電焊機高頻騷擾抑制器件綜合對比表

四、其它電焊機高頻騷擾解決方案
1、采用軟開關逆變技術
  采用IGBT軟開關電路的電焊機在國內已經很普遍，軟開關電路可以減小IGBT的di/dt和dv/dt，能在一定程度上減小高頻EMI電平。 但據一些研究結果表明，采用相同的主電路拓撲和開關頻率，比較硬開關技術和零電壓軟開關技術的兩個電焊機所產生的傳導EMI電平。實驗結果表明，零電壓軟開關電焊機的EMI能譜分布在低頻段甚至比硬開關變換器更大一些，只有在較高頻率才會得到比硬開關電焊機稍低的EMI電平。雖然軟開關一般只能在高頻段使EMI電平降低幾個dBμV,但也是可用有效手段之一。
2、選擇適當的電路參數和功率器件
  首先應該對IGBT、FRD（快恢復二極管）或FRED（外延型快恢復二極管）吸收、保護電路的參數進行優化設計，并通過實驗驗證，把IGBT、FRED關斷時的dv/dt、尖峰電壓限值在盡量低而合理的水平上，為了取得良好的效果，吸收、保護電路的電阻應為無感電阻，電容器應采用凸波吸收電容器。
  快恢復二極管反向恢復造成的電磁騷擾還可以通過選擇恢復時間短、 恢復特性軟的器件獲得一些改善，例如FRED就較一般的FRD在恢復時間、反向電壓等方面有一定的優勢。
3、制作工藝
  減小主變壓器漏磁可以使電路中的尖峰電壓得到一定程度的抑制，在主變壓器的設計、制作時在初、次級繞組的繞制、出線方式上應多加注意。
  主電路各功率器件的擺放位置對電磁騷擾的產生也是有影響的，所以在設計定型前應通過試驗確定其合理的位置。

五、電焊機諧波對用電設備的危害
1、電焊機諧波對變壓器的損害
  在基波頻率時，變壓器損耗最小，但電壓畸變對其附加發熱影響較大。負荷電流中有諧波存在時，會引起變壓器發熱損耗。
2、電焊機諧波對電機的影響
  電機受諧波的影響較大。在電機末端的諧波電壓畸變，在電機內部表現為諧波磁鏈。諧波磁鏈是以異于同步轉速的頻率旋轉，在轉子中感應出高頻電流。諧波電壓畸變將引起電機的效率下降、發熱、震動和高頻噪聲。
3、電焊機諧波對電力計量及繼電保護的影響
  由于諧波電能的反向流動，采用現有的計量方式會使計量結果小于負載從電網吸收的基波電能，從而導致電能計量不準確；諧波會改變保護繼電器的性能，引起拒動或者誤動。
4、電焊機諧波對通信系統的干擾
  一般會引起通信噪聲，因電網與通信設備間有電磁耦合感應，存在電容的靜電耦合感應且與諧波頻率成正比，特別是當那些電話線距離輸電線很近，而平行距離又很長時，這種影響更加嚴重。
5、電焊機諧波對敏感用電設備的影響
  家庭、商業中計算機的大量使用，電路導線變得越來越細小，電路板上相鄰導線也越來越擠，相鄰信號的干擾也增大了。某些微小的瞬間過電壓可能導致計算錯誤，避免瞬間過電壓和高頻干擾對敏感設備是非常必要的。
6、焊機諧波對電容器的影響
  當電網中存在諧波時，電容器投入之后，會使端電壓增大，通過電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加。當諧波含量過高，超出電容的允許條件，會使電容器過電壓或者過電流，加速電容器的絕緣老化。