變頻器應用中的干擾問題及其對策

董宏偉 徐明函

摘要：文中主要介紹了變頻器的干擾的形成、來源、途徑，以及防止干擾的對策及在實際應用中幾種有效的抗干擾措施。

關鍵詞：變頻器電磁干擾抗干擾

在各種工業控制系統中，隨著變頻器等電力電子裝置的廣泛使用，系統的電磁干擾（EMI）日益嚴重，相應的抗干擾設計技術(即電磁兼容EMC)已經變得越來越重要。變頻器系統的干擾有時能直接造成系統的硬件損壞，有時雖不能損壞系統的硬件，但常使微處理器的系統程序運行失控，導致控制失靈，從而造成設備和生產事故。因此，如何提高系統的抗干擾能力和可靠性是自動化裝置研制和應用中不可忽視的重要內容，也是計算機控制技術應用和推廣的關鍵之一。談到變頻器的抗干擾問題，首先要了解干擾的來源、傳播方式，然后再針對這些干擾采取不同的措施。

1、變頻器干擾的來源

1.1 晶閘管換流設備對變頻器的干擾

當供電網絡內有容量較大的晶閘管換流設備時，由于晶閘管總是在每相半周期內的部分時間內導通，容易使網絡電壓出現凹口，波形嚴重失真。它使變頻器輸入側的整流電路有可能因出現較大的反向回復電壓而受到損害，從而導致輸入回路擊穿而燒毀。

1.2 電力補償電容對變頻器的干擾

電力部門對用電單位的功率因數有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補償的方法來提高功率因數。在補償電容投入或切出的暫態過程中，網絡電壓有可能出現很高的峰值，其結果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。

其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對同一電網的其它電子、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，當工作于開關模式且作高速切換時，產生大量耦合性噪聲。因此變頻器對系統內其它的電子、電氣設備來說是一電磁干擾源。

2、干擾信號的傳播方式

(1)電路耦合方式 即通過電源網絡傳播。由于輸入電流為非正弦波，當變頻器的容量較大時，將使網絡電壓產生畸變，影響其他設備工工作，同時輸出端產生的傳導干擾使直接驅動的電機銅損、鐵損大幅增加，影響了電機的運轉特性。顯然，這是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。(2)感應耦合方式 當變頻器的輸入電路或輸出電路與其他設備的電路挨得很近時，變頻器的高次諧波信號將通過感應的方式耦合到其他設備中去。感應的方式又有兩種：1)電磁感應方式，這是電流干擾信號的主要方式；2)靜電感應方式，這是電壓干擾信號的主要方式。(3)空中幅射方式 即以電磁波方式向空中幅射，這是頻率很高的諧波分量的主要傳播方式。

3、變頻調速系統的抗干擾對策

3.1 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，通常是電源和放大器電路之間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。

3.2 在系統線路中設置濾波器的作用

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從電動機。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。在變頻器的輸入和輸出電路中，除了上述較低的諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波電流，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其他設備的干擾信號。

3.3 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，并與主電路線(AC380V)及控制線(AC220V)完全分離，決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。

3.4 正確的接地

既可以使系統有效地抑制外來干擾，又能降低設備本身對外界的干擾。在實際應用系統中，由于系統電源零線(中線)、地線(保護接地、系統接地)不分、控制系統屏蔽地(控制信號屏蔽地和主電路導線屏蔽地)的混亂連接，大大降低了系統的穩定性和可靠性。

對于變頻器，主回路端子PE(E、G)的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實際應用中一定要非常重視。

3.5 采用電抗器

(1)交流電抗器 串聯在電源與變頻器的輸入側之間。其主要功能有：1)通過抑制諧波電流，將功率因數提高至（0.75-0.85）；2)削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊；3)削弱電源電壓不平衡的影響。(2)直流電抗器 串聯在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數方面比交流電抗器有效，可達0.95，并具有結構簡單、體積小等優點。

3.6 合理布線

對于通過感應方式傳播的干擾信號，可以通過合理布線的方式來削弱。具體方法有：(1)設備的電源線和信號線應量遠離變頻器的輸入、輸出線；(2)其他設備的電源線和信號線應避免和變頻器的輸入、輸出線平行；

4、結語

通過對變頻器應用過程中干擾的來源和傳播途徑的分析，提出了解決這些問題的實際對策，隨著新技術和新理論不斷在變頻器上的應用，重視變頻器的EMC要求，已成為變頻調速傳動系統設計、應用必須面對的問題，也是變頻器應用和推廣的關鍵之一。變頻器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。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”變頻器也會不久面世。我們相信變頻器的EMC問題一定會得到有效解決。