摘要：變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用越來(lái)越廣泛，其干擾問(wèn)題日益引起人們的重視。本文主要介紹了變頻器應用系統中干擾產(chǎn)生的來(lái)源及其傳播途徑，提出了抗干擾的實(shí)際解決方法，闡述了在變頻器應用系統設計和安裝中抑制干擾的具體措施。

　　關(guān)鍵詞：變頻器 干擾 抑制

　　Abstract：The application of the inverters in the industrial production is becoming more and more universal，and its interface is being paid much attention.The source and spreading route in the application system of the inverter are introduced in this paper，some practical resolvents are put forward，and the concrete measures in the system design and installment are expounded.

　　Key words：Inverter Interface Restrain

　　1、引言

　　變頻器調速技術(shù)是集自動(dòng)控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調速、節能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟啟動(dòng)，可以減少設備和電機的機械沖擊，延長(cháng)設備和電機的使用壽命。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器以其具有節電、節能、可靠、高效的特性應用到了工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中，如變頻調速在供水、空調設備、過(guò)程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調節精度，減輕了工人的勞動(dòng)強度，提高了經(jīng)濟效益，但隨之也帶來(lái)了一些干擾問(wèn)題�，F場(chǎng)的供電和用電設備會(huì )對變頻器產(chǎn)生影響，變頻器運行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波也會(huì )干擾周?chē)�設備的運行。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種：對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無(wú)線(xiàn)電等產(chǎn)生的干擾。對計算機和自動(dòng)控制裝置等電子設備產(chǎn)生的干擾主要是感應干擾；對通信設備和無(wú)線(xiàn)電等產(chǎn)生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問(wèn)題解決不好，不但系統無(wú)法可靠運行，還會(huì )影響其他電子、電氣設備的正常工作。因此有必要對變頻器應用系統中的干擾問(wèn)題進(jìn)行探討，以促進(jìn)其進(jìn)一步的推廣應用。下面主要討論變頻器的干擾及其抑制方法。

　　2、變頻調速系統的主要電磁干擾源及途徑

　　2.1　主要電磁干擾源電磁干擾也稱(chēng)電磁騷擾（EMI），是以外部噪聲和無(wú)用信號在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過(guò)電路傳導和以場(chǎng)的形式傳播的。變頻器的整流橋對電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì )對同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。另外，變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)，當其工作于開(kāi)關(guān)模式并作高速切換時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此，變頻器對系統內其他的電子、電氣設備來(lái)說(shuō)是一個(gè)電磁干擾源。另一方面，電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過(guò)變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源，如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備、非線(xiàn)性負載及照明設備等。這些負荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其他設備產(chǎn)生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來(lái)自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后，若不加以處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì )通過(guò)電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源對變頻器的干擾主要有過(guò)壓、欠壓、瞬時(shí)掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。其次，共模干擾通過(guò)變頻器的控制信號線(xiàn)也會(huì )干擾變頻器的正常工作。

　　2.2　電磁干擾的途徑變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對系統其他設備干擾性較強。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分電磁輻射、傳導、感應耦合。具體為：

　�、賹χ�?chē)�的電子、電氣設備產(chǎn)生電磁輻射；

　�、趯χ苯域寗�(dòng)的電動(dòng)機產(chǎn)生電磁噪聲，使得電動(dòng)機鐵耗和銅耗增加，并傳導干擾到電源，通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò )傳導給系統其他設備；

　�、圩冾l器對相鄰的其他線(xiàn)路產(chǎn)生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統內的干擾信號通過(guò)相同的途徑干擾變頻器的正常工作。下面分別加以分析。

　�。�1）電磁輻射變頻器如果不是處在一個(gè)全封閉的金屬外殼內，它就可以通過(guò)空間向外輻射電磁波。其輻射場(chǎng)強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。變頻器的整流橋對電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負載，它所產(chǎn)生的諧波對接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術(shù)，當根據給定頻率和幅值指令產(chǎn)生預期的和重復的開(kāi)關(guān)模式時(shí)，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且帶有與開(kāi)關(guān)頻率相應的高次諧波群。高載波頻率和場(chǎng)控開(kāi)關(guān)器件的高速切換（dv/dt可達1kV/μs以上）所引起的輻射干擾問(wèn)題相當突出。

　　當變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強度與干擾信號的波長(cháng)有關(guān)，當孔洞的大小與電磁波的波長(cháng)接近時(shí)，會(huì )形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場(chǎng)中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會(huì )干擾變頻器的正常工作。

　�。�2）傳導上述的電磁干擾除了通過(guò)與其相連的導線(xiàn)向外部發(fā)射，也可以通過(guò)阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。與輻射干擾相比，其傳播的路程可以很遠。比較典型的傳播途徑是：接自工業(yè)低壓網(wǎng)絡(luò )的變頻器所產(chǎn)生的干擾信號將沿著(zhù)配電變壓器進(jìn)入中壓網(wǎng)絡(luò )，并沿著(zhù)其它的配電變壓器最終又進(jìn)入民用低壓配電網(wǎng)絡(luò )，使接自民用配電母線(xiàn)的電氣設備成為遠程的受害者。

　�。�3）感應耦合感應耦合是介于輻射與傳導之間的第三條傳播途徑。當干擾源的頻率較低時(shí)，干擾的電磁波輻射能力相當有限，而該干擾源又不直接與其它導體連接，但此時(shí)的電磁干擾能量可以通過(guò)變頻器的輸入、輸出導線(xiàn)與其相鄰的其他導線(xiàn)或導體產(chǎn)生感應耦合，在鄰近導線(xiàn)或導體內感應出干擾電流或電壓。感應耦合可以由導體間的電容耦合的形式出現，也可以由電感耦合的形式或電容、電感混合的形式出現，這與干擾源的頻率以及與相鄰導體的距離等因素有關(guān)。

　　3、抗電磁干擾的措施據電磁性的基本原理，形成電磁干擾（EMI）須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統等三個(gè)要素。

　　為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來(lái)抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的耦合通道、降低系統對干擾信號的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

　�。�1）隔離所謂干擾的隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開(kāi)來(lái)，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。在變頻調速傳動(dòng)系統中，通常是在電源和放大器電路之間的電源線(xiàn)上采用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。

　�。�2）濾波設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過(guò)電源線(xiàn)傳導干擾到電源及電動(dòng)機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設置輸出濾波器。為減少對電源的干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。若線(xiàn)路中有敏感電子設備，可在電源線(xiàn)上設置電源噪聲濾波器，以免傳導干擾。

　�。�3）屏蔽屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏。輸出線(xiàn)最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時(shí)，要求信號線(xiàn)盡可能短（一般為20m以?xún)龋�，且信號線(xiàn)采用雙芯屏蔽，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線(xiàn)槽內，周?chē)�電子敏感設備線(xiàn)路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

　�。�4）接地實(shí)踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制內部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統的抗干擾能力。變頻器的接地方式有多點(diǎn)接地、一點(diǎn)接地及經(jīng)母線(xiàn)接地等幾種形式，要根據具體情況采用，要注意不要因為接地不良而對設備產(chǎn)生干擾。

　　單點(diǎn)接地指在一個(gè)電路或裝置中，只有一個(gè)物理點(diǎn)定義為接地點(diǎn)。在低頻下的性能好；多點(diǎn)接地是指裝置中的各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地點(diǎn)。在高頻下的性能好；混合接地是根據信號頻率和接地線(xiàn)長(cháng)度，系統采用單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地共用的方式。變頻器本身有專(zhuān)用接地端子PE端，從安全和降低噪聲的需要出發(fā)，必須接地。既不能將地線(xiàn)接在電器設備的外殼上，也不能接在零線(xiàn)上�？捎幂^粗的短線(xiàn)一端接到接地端子PE端，另一端與接地極相連，接地電阻取值<100Ω，接地線(xiàn)長(cháng)度在20m以?xún)�，并注意合理選擇接地極的位置。當系統的抗干擾能力要求較高時(shí)，為減少對電源的干擾，在電源輸入端可加裝電源濾波器。為抑制變頻器輸入側的諧波電流，改善功率因數，可在變頻器輸入端加裝交流電抗器，選用與否可視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網(wǎng)允許的畸變程度而定，一般情況下采用為好。為改善變頻器輸出電流，減少電動(dòng)機噪聲，可在變頻器輸出端加裝交流電抗器。圖1為一般變頻調速傳動(dòng)系統抗干擾所采取措施。

　　以上抗干擾措施可根據系統的抗干擾要求來(lái)合理選擇使用。若系統中含控制單元如微機等，還須在軟件上采取抗干擾措施。

　�。�5）正確安裝由于變頻器屬于精密的功率電力電子產(chǎn)品，其現場(chǎng)安裝工藝的好壞也影響著(zhù)變頻器的正常工作。正確的安裝可以確保變頻器安全和無(wú)故障運行。變頻器對安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用手冊規定溫度范圍為最低溫度-10℃，最高溫度不超過(guò)50℃；變頻器的安裝海拔高度應小于1000m，超過(guò)此規定應降容使用；變頻器不能安裝在經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)的地方，對振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合，應采用加橡膠墊等防振措施；不能安裝在電磁干擾源附近；不能安裝在有灰塵、腐蝕性氣體等空氣污染的環(huán)境；不能安裝在潮濕環(huán)境中，如潮濕管道下面，應盡量采用密封柜式結構，并且要確保變頻器通風(fēng)暢通，確�？刂乒裼凶銐虻睦鋮s風(fēng)量，其典型的損耗數一般按變頻器功率的3%來(lái)計算柜中允許的溫升值。安裝工藝要求如下：

　�、佟〈_�？刂乒裰械乃�有設備接地良好，應該使用短、粗的接地線(xiàn)（最好采用扁平導體或金屬網(wǎng)，因其在高頻時(shí)阻抗較低）連接到公共地線(xiàn)上。按國家標準規定，其接地電阻應小于4歐姆。另外與變頻器相連的控制設備（如PLC或PID控制儀）要與其共地。

　�、� 安裝布線(xiàn)時(shí)將電源線(xiàn)和控制電纜分開(kāi)，例如使用獨立的線(xiàn)槽等。如果控制電路連接線(xiàn)必須和電源電纜交叉，應成90°交叉布線(xiàn)。

　�、邸∈褂闷帘螌Ь�(xiàn)或雙絞線(xiàn)連接控制電路時(shí)，確保未屏蔽之處盡可能短，條件允許時(shí)應采用電纜套管。

　�、� 確�？刂乒裰械慕佑|器有滅弧功能，交流接觸器采用R-C抑制器，也可采用壓敏電阻抑制器，如果接觸器是通過(guò)變頻器的繼電器控制的，這一點(diǎn)特別重要。

　�、荨∮闷帘魏玩z裝電纜作為電機接線(xiàn)時(shí)，要將屏蔽層雙端接地。

　�、蕖∪绻�變頻器運行在對噪聲敏感的環(huán)境中，可以采用RFI濾波器減小來(lái)自變頻器的傳導和輻射干擾。為達到最優(yōu)效果，濾波器與安裝金屬板之間應有良好的導電性。

　　4　變頻控制系統設計中應注意的其他問(wèn)題除了前面討論的幾點(diǎn)以外，在變頻器控制系統設計與應用中還要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

　�。�1）在設備排列布置時(shí)，應該注意將變頻器單獨布置，盡量減少可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾。在實(shí)際工程中，由于受到房屋面積的限制往往不可能有單獨布置的位置，應盡量將容易受干擾的弱電控制設備與變頻器分開(kāi)，比如將動(dòng)力配電柜放在變頻器與控制設備之間。

　�。�2）變頻器電源輸入側可采用容量適宜的空氣開(kāi)關(guān)作為短路保護，但切記不可頻繁操作。由于變頻器內部有大電容，其放電過(guò)程較為緩慢，頻繁操作將造成過(guò)電壓而損壞內部元件。

　�。�3）控制變頻調速電機啟/停通常由變頻器自帶的控制功能來(lái)實(shí)現，不要通過(guò)接觸器實(shí)現啟/停。否則，頻繁的操作可能損壞內部元件。

　�。�4）盡量減少變頻器與控制系統不必要的連線(xiàn)，以避免傳導干擾。除了控制系統與變頻器之間必須的控制線(xiàn)外，其它如控制電源等應分開(kāi)。由于控制系統及變頻器均需要24Ｖ直流電源，而生產(chǎn)廠(chǎng)家為了節省一個(gè)直流電源，往往用一個(gè)直流電源分兩路分別對兩個(gè)系統供電，有時(shí)變頻器會(huì )通過(guò)直流電源對控制系統產(chǎn)生傳導干擾，所以在設計中或訂貨時(shí)要特別加以說(shuō)明，要求用兩個(gè)直流電源分別對兩個(gè)系統供電。

　�。�5） 注意變頻器對電網(wǎng)的干擾。變頻器在運行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波會(huì )對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，使電網(wǎng)波型嚴重畸變，可能造成電網(wǎng)電壓降很大、電網(wǎng)功率因數很低，大功率變頻器應特別注意。解決的方法主要有采用無(wú)功自動(dòng)補償裝置以調節功率因數，同時(shí)可以根據具體情況在變頻器電源進(jìn)線(xiàn)側加電抗器以減少對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，而進(jìn)線(xiàn)電抗器可以由變頻器供應商配套提供，但在訂貨時(shí)要加以說(shuō)明。

　�。�6）變頻器柜內除本機專(zhuān)用的空氣開(kāi)關(guān)外，不宜安置其它操作性開(kāi)關(guān)電器，以免開(kāi)關(guān)噪聲入侵變頻器，造成誤動(dòng)作。

　�。�7）應注意限制最低轉速。在低轉速時(shí)，電機噪聲增大，電機冷卻能力下降，若負載轉矩較大或滿(mǎn)載，可能燒毀電機。確需低速運轉的高負荷變頻電機，應考慮加大額定功率，或增加輔助的強風(fēng)冷卻。

　�。�8）注意防止發(fā)生共振現象。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機轉矩中含有脈動(dòng)分量，有可能造成電機的振動(dòng)與機械振動(dòng)產(chǎn)生共振，使設備出現故障。應在預先找到負載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設置，躲開(kāi)共振頻率點(diǎn)。

　　5 結束語(yǔ)以上通過(guò)對變頻器運行過(guò)程中存在的干擾問(wèn)題的分析，提出了解決這些問(wèn)題的實(shí)際方法。隨著(zhù)新技術(shù)和新理論不斷在變頻器上的應用，變頻器應用存在的這些問(wèn)題有望通過(guò)變頻器本身的功能和補償來(lái)解決。隨著(zhù)工業(yè)現場(chǎng)和社會(huì )環(huán)境對變頻器的要求不斷提高，滿(mǎn)足實(shí)際需要的真正“綠色”變頻器不久也會(huì )面世。

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