變頻器應用中的干擾問題及其對策

摘要:隨著科學技術的高速發展，變頻器以其具有節電、節能、可靠、高效的特性應用到了工業控制的各個領域中，如變頻調速在供水、空調設備、過程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調節精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益，但隨之也帶來了一些干擾問題。現場的供電和用電設備會對變頻器產生影響，變頻器運行時產生的高次諧波也會干擾周圍設備的運行。因此有必要對變頻器應用系統中的干擾問題進行探討，以促進其進一步的推廣應用。

關鍵詞:變頻器；特性；效益；方法

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

1.2電磁干擾的途徑：變頻器能產生功率較大的諧波，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：①對周圍的電子、電氣設備產生電磁輻射；②對直接驅動的電動機產生電磁噪聲，使得電動機鐵耗和銅耗增加，并傳導干擾到電源，通過配電網絡傳導給系統其他設備；③變頻器對相鄰的其他線路產生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統內的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。

2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。

2.1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來，使它們不發生電的聯系。在變頻調速傳動系統中，通常是在電源和放大器電路之間的電源線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。

2.2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電源線傳導干擾到電源及電動機。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。若線路中有敏感電子設備，可在電源線上設置電源噪聲濾波器，以免傳導干擾。

2.3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。輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般為20m以內），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線槽內，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

2.4接地:單點接地指在一個電路或裝置中，只有一個物理點定義為接地點。在低頻下的性能好；多點接地是指裝置中的各個接地點都直接接到距它最近的接地點。在高頻下的性能好；混合接地是根據信號頻率和接地線長度，系統采用單點接地和多點接地共用的方式。變頻器本身有專用接地端子PE端，從安全和降低噪聲的需要出發，必須接地。既不能將地線接在電器設備的外殼上，也不能接在零線上。可用較粗的短線一端接到接地端子PE端，另一端與接地極相連，接地電阻取值<100Ω，接地線長度在20m以內，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，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。

3變頻控制系統設計中應注意的其他問題

3.1在設備排列布置時，應該注意將變頻器單獨布置，盡量減少可能產生的電磁輻射干擾。在實際工程中，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，比如將動力配電柜放在變頻器與控制設備之間。

3.2變頻器電源輸入側可采用容量適宜的空氣開關作為短路保護，但切記不可頻繁操作。由于變頻器內部有大電容，其放電過程較為緩慢，頻繁操作將造成過電壓而損壞內部元件。

3.3控制變頻調速電機啟/停通常由變頻器自帶的控制功能來實現，不要通過接觸器實現啟/停。否則，頻繁的操作可能損壞內部元件。

3.4盡量減少變頻器與控制系統不必要的連線，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外，其它如控制電源等應分開。由于控制系統及變頻器均需要24Ｖ直流電源，而生產廠家為了節省一個直流電源，往往用一個直流電源分兩路分別對兩個系統供電，有時變頻器會通過直流電源對控制系統產生傳導干擾，所以在設計中或訂貨時要特別加以說明，要求用兩個直流電源分別對兩個系統供電。

3.5注意變頻器對電網的干擾。變頻器在運行時產生的高次諧波會對電網產生影響，使電網波型嚴重畸變，可能造成電網電壓降很大、電網功率因數很低，大功率變頻器應特別注意。解決的方法主要有采用無功自動補償裝置以調節功率因數，同時可以根據具體情況在變頻器電源進線側加電抗器以減少對電網產生的影響，而進線電抗器可以由變頻器供應商配套提供，但在訂貨時要加以說明。

結語:以上通過對變頻器運行過程中存在的干擾問題的分析，提出了解決這些問題的實際方法。隨著新技術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題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。隨著工業現場和社會環境對變頻器的要求不斷提高，滿足實際需要的真正“綠色”變頻器不久也會面世。

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