變頻器電磁干擾問題分析及抑制措施

高潔

摘 要：隨著變頻器在交流傳動中的廣泛使用，其電磁干擾問題也越來越受重視，通過分析變頻器電磁干擾的主要干擾源和干擾傳播途徑，提出抑制變頻器電磁干擾的主要方法。

關鍵詞：變頻器；電磁干擾；傳播；解決辦法

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0047-02

近年來，電力電子技術、傳感器技術、計算機控制技術和自動控制技術的不斷推陳出新，使整個電氣傳動領域開始了一場技術變革。伴隨交流電機調速研究成果的不斷涌現，交流傳動大有取代直流傳動的趨勢，其控制方法也逐漸由計算機數字控制技術轉變為模擬控制技術。同時，變頻調速技術也在不斷完善，憑借節能減耗、改善環境、工藝流程優化、調速精度高、過載保護能力強、響應快速、提高產品質量、使用和維護方便等方面的無可比擬的優勢，在交流傳動中得到廣泛的使用。

變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現電機變速運行的電氣設備。它主要由控制電路、整流電路、直流中間電路和逆變電路構成，分別完成對主電路的控制，使交流變直流，平滑濾波容易把直流逆變成交流。對于部分特種變頻器，還配置有進行轉矩計算的CPU（中央處理器）和相應電路，其主要電器元件包括晶閘管、整流二極管和大功率絕緣柵雙極型晶體管開關等非線性負載，它所產生的諧波會對同一電網的其他設備產生諧波干擾。再加上變頻器采用的PWM（脈沖寬度調制）控制技術在高速切換時，會產生耦合性噪聲，因此，這就導致系統的EMI（電磁干擾）日益嚴重，相應的，電磁兼容性EMC也就日漸突顯出其重要性。EMI輕則使微處理器失控，控制失靈；重則損壞系統硬件，造成設備損毀和生產事故。因此，有必要對變頻器應用系統中的抗干擾能力進行探討。當然，我們首先應該了解干擾的來源和傳播方式，然后“對癥治療”，并提出抗干擾措施，合理地運用抑制手段，讓系統實現電磁兼容。

1 干擾信號的傳播途徑分析

變頻器工作時，它作為一個強大的電磁干擾源能產生大功率諧波，會對其他電子設備或電氣系統產生強干擾（也稱電磁騷擾EMI），其干擾途徑與普通電磁干擾相同，即通過電路傳導和以場的形式傳播，包括傳導、電磁輻射、感應耦合3種方式，主要途徑如圖1所示。

1.1 傳導

傳導主要是通過電源網絡傳播。尤其是對于大容量變頻器，其所產生的諧波使電網中其他諧波源產生有害的干擾，例如各種整流設備、照明設備在工作時產生電壓、電流的波形畸變。同時，電網中的諧波也反作用于變頻器的供電電源，這種“污染”若不能被及時處理，電網噪聲就會通過電網電源干擾變頻器，使供電電源出現過壓、掉電、浪涌、跌落等不正常的工作現象，影響其他設備工作。而在輸出端產生的傳導干擾也會增加驅動的電機銅損、鐵損，干擾電機的正常運轉，降低電機的運行效率。

1.2 感應耦合

當變頻器的輸入（輸出）電路與其他設備距離較近時，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。其主要形式有兩種：電磁感應方式和靜電感應方式，兩者分別是電流干擾和電壓干擾信號的主要方式。這些干擾主要出現在干擾源電磁波輻射能力相當有限且干擾源又不直接與其他導體連接的情況下。

1.3 電磁輻射

電磁輻射即以電磁波方式向空中輻射，一般是高頻率諧波的主要傳播方式。其場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗和干擾源的發射頻率。由于采用PWM技術，所產生的高載波頻率引起的輻射干擾相當突出。

2 變頻器電磁干擾的抑制措施

根據電磁的基本原理，形成EMI要具備電磁干擾源、電磁干擾傳播途徑、敏感設備。因此，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其總原則是抑制和消除干擾源，切斷傳播途徑，提高敏感設備的抗擾度。工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

2.1 濾波

目前已有多種用于阻斷EMI傳播途徑的濾波器，實踐表明，經過正確設計的濾波器，確實可以降低系統EMI發射強度，這也是實現電磁兼容的重要手段。在生產中，為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸入和輸出端常設置濾波器。輸入端濾波器和輸出端濾波器各配接一定的高頻電容器電容和電感線圈，分別構成LC濾波器和電感濾波，用以抑制變頻器輸入端產生的高次諧波和輸出端傳導干擾、低頻輻射干擾，保護臨近電器設備不受干擾，降低電機電磁噪聲，減小電機的損耗。

2.2 隔離

所謂“隔離”是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使兩者之間不產生電的聯系。例如，在變頻調速傳動系統中，常通過安裝隔離變壓器來抑制強電和弱電電路間的電磁干擾，通過安裝帶穩壓作用的隔離變壓器，來提高電源干擾比較嚴重場合的系統的可靠性。電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。此外，在強電和弱電線路沒有直接聯系的地方，可通過限定強電和弱電線路距離的最小值來減小電磁干擾。

2.3 屏蔽

抑制干擾最有效的方法就是屏蔽干擾源。通常利用變頻器自帶金屬外殼進行屏蔽（屏蔽罩需可靠接地），輸出線多用鋼管屏蔽。變頻器是利用外部信號控制的情況下，信號線不宜過長（<20 m），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電線和控制線完全分離，周圍電子敏感設備線路也要求進行屏蔽。

2.4 接地

實踐證明，接地是抑制噪聲和防止干擾的最簡單也是最直接的手段。良好的接地方式可大幅度降低內部噪聲的耦合，抵制外部干擾的侵入。變頻器的接地方式較多，常用的主要包括多點接地、單點接地、經母線接地等。接地操作中要防止零線和地線不分、接地不良和控制系統屏蔽亂接的操作失誤，以保證接地的有效性。對于變頻器本身的專用接地端子PE端（接地導線的截面積A>2.5 mm2，長度L<20 m），不可以將地線接在零線或電器設備的外殼上。

3 結束語

目前，變頻器的電磁兼容EMC設計還不成熟，但隨著變頻器相關新技術和新理論的不斷涌現，未來變頻器的電磁兼容EMC設計會大有前途，變頻器應用中存在的不足一定會得到圓滿解決，當然這一切還有待我們不斷的努力。

參考文獻

[1]王廷才.變頻原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

〔編輯：李玨〕

摘 要：隨著變頻器在交流傳動中的廣泛使用，其電磁干擾問題也越來越受重視，通過分析變頻器電磁干擾的主要干擾源和干擾傳播途徑，提出抑制變頻器電磁干擾的主要方法。

關鍵詞：變頻器；電磁干擾；傳播；解決辦法

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0047-02

近年來，電力電子技術、傳感器技術、計算機控制技術和自動控制技術的不斷推陳出新，使整個電氣傳動領域開始了一場技術變革。伴隨交流電機調速研究成果的不斷涌現，交流傳動大有取代直流傳動的趨勢，其控制方法也逐漸由計算機數字控制技術轉變為模擬控制技術。同時，變頻調速技術也在不斷完善，憑借節能減耗、改善環境、工藝流程優化、調速精度高、過載保護能力強、響應快速、提高產品質量、使用和維護方便等方面的無可比擬的優勢，在交流傳動中得到廣泛的使用。

變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現電機變速運行的電氣設備。它主要由控制電路、整流電路、直流中間電路和逆變電路構成，分別完成對主電路的控制，使交流變直流，平滑濾波容易把直流逆變成交流。對于部分特種變頻器，還配置有進行轉矩計算的CPU（中央處理器）和相應電路，其主要電器元件包括晶閘管、整流二極管和大功率絕緣柵雙極型晶體管開關等非線性負載，它所產生的諧波會對同一電網的其他設備產生諧波干擾。再加上變頻器采用的PWM（脈沖寬度調制）控制技術在高速切換時，會產生耦合性噪聲，因此，這就導致系統的EMI（電磁干擾）日益嚴重，相應的，電磁兼容性EMC也就日漸突顯出其重要性。EMI輕則使微處理器失控，控制失靈；重則損壞系統硬件，造成設備損毀和生產事故。因此，有必要對變頻器應用系統中的抗干擾能力進行探討。當然，我們首先應該了解干擾的來源和傳播方式，然后“對癥治療”，并提出抗干擾措施，合理地運用抑制手段，讓系統實現電磁兼容。

1 干擾信號的傳播途徑分析

變頻器工作時，它作為一個強大的電磁干擾源能產生大功率諧波，會對其他電子設備或電氣系統產生強干擾（也稱電磁騷擾EMI），其干擾途徑與普通電磁干擾相同，即通過電路傳導和以場的形式傳播，包括傳導、電磁輻射、感應耦合3種方式，主要途徑如圖1所示。

1.1 傳導

傳導主要是通過電源網絡傳播。尤其是對于大容量變頻器，其所產生的諧波使電網中其他諧波源產生有害的干擾，例如各種整流設備、照明設備在工作時產生電壓、電流的波形畸變。同時，電網中的諧波也反作用于變頻器的供電電源，這種“污染”若不能被及時處理，電網噪聲就會通過電網電源干擾變頻器，使供電電源出現過壓、掉電、浪涌、跌落等不正常的工作現象，影響其他設備工作。而在輸出端產生的傳導干擾也會增加驅動的電機銅損、鐵損，干擾電機的正常運轉，降低電機的運行效率。

1.2 感應耦合

當變頻器的輸入（輸出）電路與其他設備距離較近時，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。其主要形式有兩種：電磁感應方式和靜電感應方式，兩者分別是電流干擾和電壓干擾信號的主要方式。這些干擾主要出現在干擾源電磁波輻射能力相當有限且干擾源又不直接與其他導體連接的情況下。

1.3 電磁輻射

電磁輻射即以電磁波方式向空中輻射，一般是高頻率諧波的主要傳播方式。其場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗和干擾源的發射頻率。由于采用PWM技術，所產生的高載波頻率引起的輻射干擾相當突出。

2 變頻器電磁干擾的抑制措施

根據電磁的基本原理，形成EMI要具備電磁干擾源、電磁干擾傳播途徑、敏感設備。因此，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其總原則是抑制和消除干擾源，切斷傳播途徑，提高敏感設備的抗擾度。工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

2.1 濾波

目前已有多種用于阻斷EMI傳播途徑的濾波器，實踐表明，經過正確設計的濾波器，確實可以降低系統EMI發射強度，這也是實現電磁兼容的重要手段。在生產中，為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸入和輸出端常設置濾波器。輸入端濾波器和輸出端濾波器各配接一定的高頻電容器電容和電感線圈，分別構成LC濾波器和電感濾波，用以抑制變頻器輸入端產生的高次諧波和輸出端傳導干擾、低頻輻射干擾，保護臨近電器設備不受干擾，降低電機電磁噪聲，減小電機的損耗。

2.2 隔離

所謂“隔離”是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使兩者之間不產生電的聯系。例如，在變頻調速傳動系統中，常通過安裝隔離變壓器來抑制強電和弱電電路間的電磁干擾，通過安裝帶穩壓作用的隔離變壓器，來提高電源干擾比較嚴重場合的系統的可靠性。電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。此外，在強電和弱電線路沒有直接聯系的地方，可通過限定強電和弱電線路距離的最小值來減小電磁干擾。

2.3 屏蔽

抑制干擾最有效的方法就是屏蔽干擾源。通常利用變頻器自帶金屬外殼進行屏蔽（屏蔽罩需可靠接地），輸出線多用鋼管屏蔽。變頻器是利用外部信號控制的情況下，信號線不宜過長（<20 m），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電線和控制線完全分離，周圍電子敏感設備線路也要求進行屏蔽。

2.4 接地

實踐證明，接地是抑制噪聲和防止干擾的最簡單也是最直接的手段。良好的接地方式可大幅度降低內部噪聲的耦合，抵制外部干擾的侵入。變頻器的接地方式較多，常用的主要包括多點接地、單點接地、經母線接地等。接地操作中要防止零線和地線不分、接地不良和控制系統屏蔽亂接的操作失誤，以保證接地的有效性。對于變頻器本身的專用接地端子PE端（接地導線的截面積A>2.5 mm2，長度L<20 m），不可以將地線接在零線或電器設備的外殼上。

3 結束語

目前，變頻器的電磁兼容EMC設計還不成熟，但隨著變頻器相關新技術和新理論的不斷涌現，未來變頻器的電磁兼容EMC設計會大有前途，變頻器應用中存在的不足一定會得到圓滿解決，當然這一切還有待我們不斷的努力。

參考文獻

[1]王廷才.變頻原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

〔編輯：李玨〕

摘 要：隨著變頻器在交流傳動中的廣泛使用，其電磁干擾問題也越來越受重視，通過分析變頻器電磁干擾的主要干擾源和干擾傳播途徑，提出抑制變頻器電磁干擾的主要方法。

關鍵詞：變頻器；電磁干擾；傳播；解決辦法

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0047-02

近年來，電力電子技術、傳感器技術、計算機控制技術和自動控制技術的不斷推陳出新，使整個電氣傳動領域開始了一場技術變革。伴隨交流電機調速研究成果的不斷涌現，交流傳動大有取代直流傳動的趨勢，其控制方法也逐漸由計算機數字控制技術轉變為模擬控制技術。同時，變頻調速技術也在不斷完善，憑借節能減耗、改善環境、工藝流程優化、調速精度高、過載保護能力強、響應快速、提高產品質量、使用和維護方便等方面的無可比擬的優勢，在交流傳動中得到廣泛的使用。

變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現電機變速運行的電氣設備。它主要由控制電路、整流電路、直流中間電路和逆變電路構成，分別完成對主電路的控制，使交流變直流，平滑濾波容易把直流逆變成交流。對于部分特種變頻器，還配置有進行轉矩計算的CPU（中央處理器）和相應電路，其主要電器元件包括晶閘管、整流二極管和大功率絕緣柵雙極型晶體管開關等非線性負載，它所產生的諧波會對同一電網的其他設備產生諧波干擾。再加上變頻器采用的PWM（脈沖寬度調制）控制技術在高速切換時，會產生耦合性噪聲，因此，這就導致系統的EMI（電磁干擾）日益嚴重，相應的，電磁兼容性EMC也就日漸突顯出其重要性。EMI輕則使微處理器失控，控制失靈；重則損壞系統硬件，造成設備損毀和生產事故。因此，有必要對變頻器應用系統中的抗干擾能力進行探討。當然，我們首先應該了解干擾的來源和傳播方式，然后“對癥治療”，并提出抗干擾措施，合理地運用抑制手段，讓系統實現電磁兼容。

1 干擾信號的傳播途徑分析

變頻器工作時，它作為一個強大的電磁干擾源能產生大功率諧波，會對其他電子設備或電氣系統產生強干擾（也稱電磁騷擾EMI），其干擾途徑與普通電磁干擾相同，即通過電路傳導和以場的形式傳播，包括傳導、電磁輻射、感應耦合3種方式，主要途徑如圖1所示。

1.1 傳導

傳導主要是通過電源網絡傳播。尤其是對于大容量變頻器，其所產生的諧波使電網中其他諧波源產生有害的干擾，例如各種整流設備、照明設備在工作時產生電壓、電流的波形畸變。同時，電網中的諧波也反作用于變頻器的供電電源，這種“污染”若不能被及時處理，電網噪聲就會通過電網電源干擾變頻器，使供電電源出現過壓、掉電、浪涌、跌落等不正常的工作現象，影響其他設備工作。而在輸出端產生的傳導干擾也會增加驅動的電機銅損、鐵損，干擾電機的正常運轉，降低電機的運行效率。

1.2 感應耦合

當變頻器的輸入（輸出）電路與其他設備距離較近時，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。其主要形式有兩種：電磁感應方式和靜電感應方式，兩者分別是電流干擾和電壓干擾信號的主要方式。這些干擾主要出現在干擾源電磁波輻射能力相當有限且干擾源又不直接與其他導體連接的情況下。

1.3 電磁輻射

電磁輻射即以電磁波方式向空中輻射，一般是高頻率諧波的主要傳播方式。其場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗和干擾源的發射頻率。由于采用PWM技術，所產生的高載波頻率引起的輻射干擾相當突出。

2 變頻器電磁干擾的抑制措施

根據電磁的基本原理，形成EMI要具備電磁干擾源、電磁干擾傳播途徑、敏感設備。因此，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其總原則是抑制和消除干擾源，切斷傳播途徑，提高敏感設備的抗擾度。工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

2.1 濾波

目前已有多種用于阻斷EMI傳播途徑的濾波器，實踐表明，經過正確設計的濾波器，確實可以降低系統EMI發射強度，這也是實現電磁兼容的重要手段。在生產中，為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸入和輸出端常設置濾波器。輸入端濾波器和輸出端濾波器各配接一定的高頻電容器電容和電感線圈，分別構成LC濾波器和電感濾波，用以抑制變頻器輸入端產生的高次諧波和輸出端傳導干擾、低頻輻射干擾，保護臨近電器設備不受干擾，降低電機電磁噪聲，減小電機的損耗。

2.2 隔離

所謂“隔離”是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使兩者之間不產生電的聯系。例如，在變頻調速傳動系統中，常通過安裝隔離變壓器來抑制強電和弱電電路間的電磁干擾，通過安裝帶穩壓作用的隔離變壓器，來提高電源干擾比較嚴重場合的系統的可靠性。電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。此外，在強電和弱電線路沒有直接聯系的地方，可通過限定強電和弱電線路距離的最小值來減小電磁干擾。

2.3 屏蔽

抑制干擾最有效的方法就是屏蔽干擾源。通常利用變頻器自帶金屬外殼進行屏蔽（屏蔽罩需可靠接地），輸出線多用鋼管屏蔽。變頻器是利用外部信號控制的情況下，信號線不宜過長（<20 m），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電線和控制線完全分離，周圍電子敏感設備線路也要求進行屏蔽。

2.4 接地

實踐證明，接地是抑制噪聲和防止干擾的最簡單也是最直接的手段。良好的接地方式可大幅度降低內部噪聲的耦合，抵制外部干擾的侵入。變頻器的接地方式較多，常用的主要包括多點接地、單點接地、經母線接地等。接地操作中要防止零線和地線不分、接地不良和控制系統屏蔽亂接的操作失誤，以保證接地的有效性。對于變頻器本身的專用接地端子PE端（接地導線的截面積A>2.5 mm2，長度L<20 m），不可以將地線接在零線或電器設備的外殼上。

3 結束語

目前，變頻器的電磁兼容EMC設計還不成熟，但隨著變頻器相關新技術和新理論的不斷涌現，未來變頻器的電磁兼容EMC設計會大有前途，變頻器應用中存在的不足一定會得到圓滿解決，當然這一切還有待我們不斷的努力。

參考文獻

[1]王廷才.變頻原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

〔編輯：李玨〕