摘要：變頻器自上世紀80年代被引進(jìn)中國以來(lái)，其作為節能應用與速度工藝控制中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設備，在工業(yè)生產(chǎn)中的應用越來(lái)越廣泛，但是其運行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波也會(huì )干擾周?chē)�設備的運行。本文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，提出了抗干擾的抑制措施。

　　關(guān)鍵詞：變頻器干擾抑制

　　1、變頻調速系統的主要電磁干擾源及途徑

　　1.1主要電磁干擾源

　　電磁干擾也稱(chēng)電磁騷擾（EMI），是外部噪聲和無(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。

　　1.2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，主要分空間輻射干擾即電磁輻射干擾、傳導、感應耦合。

　　1.2.1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。

　　1.2.2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。

　　1.2.3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)。

　　2、諧波干擾及其途徑

　　2.1諧波使電網(wǎng)中的電器元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了輸變電及用電設備的效率。

　　2.2諧波可以通過(guò)電網(wǎng)傳導到其他的用電器，影響了許多電器設備的正常運行，比如諧波會(huì )使變壓器產(chǎn)生機械振動(dòng)，使其局部過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短，以至于損壞；還有傳導來(lái)的諧波會(huì )干擾電器設備內部軟件或硬件的正常運轉。

　　2.3諧波會(huì )引起電網(wǎng)中局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振，從而使諧波放大。

　　2.4諧波或電磁輻射干擾會(huì )導致繼電器保護設置的誤動(dòng)作，使電器儀表計量不準確，甚至無(wú)法正常工作。

　　2.5電磁輻射干擾使經(jīng)過(guò)變頻器輸出導線(xiàn)附近的控制信號、檢測信號等弱電信號受干擾，嚴重時(shí)使系統無(wú)法得到正確的檢測信號，或使控制系統紊亂。一般來(lái)講，變頻器對電網(wǎng)容量大的系統影響不十分明顯，這也就是諧波不被大多數用戶(hù)重視的原因，但對系統容量小的系統，諧波產(chǎn)生的干擾就不能忽視。

　　3、抗電磁干擾的措施

　　根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。

　　3.1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。在實(shí)際的工程中，設備的布置時(shí)，應盡量將變頻器單獨布置，盡量將變頻器產(chǎn)生的電磁干擾排除，往往由于受房間面積的限制，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以減少干擾。

　　3.2濾波

　　變頻器在運行中產(chǎn)生的高次諧波會(huì )對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，使電網(wǎng)波形嚴重畸變，可能造成電網(wǎng)壓降很大、電網(wǎng)功率因數較低，大功率的變頻器應特別的注意。一般的解決方法主要采用無(wú)功率補償裝置以調節功率因數，同時(shí)根據具體情況在電源進(jìn)線(xiàn)端和接負載側同時(shí)采取加裝電抗濾波器，以盡量減少對電網(wǎng)的影。

　　3.3屏蔽

　　屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。應盡量采取把變頻器全封閉在金屬殼內，金屬外殼可靠的接地，以減少通過(guò)空間對外輻射電磁波，降低對其他設備的干擾，特別是對電子線(xiàn)路和設備的干擾。另一方面，變頻器采用了高性能的微處理器等集成電路，對外來(lái)的電磁干擾較敏感，會(huì )因電磁干擾的影響產(chǎn)生錯誤，對運行造成惡劣影響。外來(lái)的干擾通過(guò)從變頻器控制電纜為媒介的途徑侵入，所以在鋪設電纜時(shí)必須采取充分的抗干擾措施。通常采取的措施為：模擬量控制線(xiàn)路必須使用屏蔽線(xiàn)，屏蔽層�？拷�變頻器一端應接控制電路的公共端。（COM）而不應接在變頻器的接地（E）或大地，屏蔽層的另一端懸空。

　　3.4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。變頻器的接地端E應與大地良好的連接，當變頻器和其他設備或多臺變頻器一起接地時(shí)，每臺設備應單獨與地連接，而不允許將一臺設備的接地端和另一臺的接地端連接后再接地，以減少空間的輻射和設備之間的相互干擾，使設備正常運行。

　　3.5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。

　　4、抑制諧波的對策

　　4.1增加變頻器供電電源內阻抗

　　通常電源設備的內阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無(wú)功功率的作用，內阻抗越大，諧波含量越小，這種內阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此選擇變頻器供電電源時(shí)，最好選擇短路阻抗大的變壓器。

　　4.2輸入電抗器

　　在變頻器的輸入電流中，頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其他設備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無(wú)功功率，使線(xiàn)路的功率因數大為下降。在輸入電路內串入交流直流電抗器后，進(jìn)線(xiàn)電流的THDv大約降低30%～50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。

　　4.3輸出電抗器

　　在變頻器到電動(dòng)機之間增加交流電抗器，主要目的是減少變頻器的輸出在能量傳輸過(guò)程中，線(xiàn)路產(chǎn)生的電磁輻射。該電抗器必須安裝在距離變頻器最近的地方，盡量縮短與變頻器的引線(xiàn)距離。

　　4.4在系統線(xiàn)路中設置濾波器

　　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)傳導干擾到電源從電動(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；為減少對電源干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。

　　4.5采用多相脈沖整流

　　在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可采用多相整流的方

　　4.6采用變壓器多項運行

　　通用變頻器為六脈波整流器，因此產(chǎn)生的諧波較大。如果采用變壓器多相運行，使相位角互差30°，如Y—△、△—△組合的變壓器構成12脈波的效果，可減小低次諧波電流，很好地抑制諧波。

　　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)題的具體措施。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器應用存在的這些問(wèn)題會(huì )逐步消化解決，變頻器的性能將會(huì )逐步提高，滿(mǎn)足人們需要。

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