變頻器應用中的存在的干擾問題及對策

張健昌

摘 要：本文介紹了變頻器控制電路結(jié)構(gòu)及其抗干擾措施，同時提出了對變頻器干擾的對策。

關(guān)鍵詞：變頻器；應用；干擾；對策

隨著變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中日益廣泛的應用，了解變頻器的結(jié)構(gòu)，主要器件的電氣特性和一些常用參數(shù)的作用及其常見故障對于實際工作越來越重要。

1 變頻器控制電路

給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的網(wǎng)絡(luò)，稱為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運算電路，主電路的電壓，電流檢測電路，電動機的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機的保護電路等組成。無速度檢測電路為開環(huán)控；在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機的速度進行更精確的閉環(huán)控制。

1.運算電路將外部的速度，轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流，電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

2.電壓、電流檢測電路為與主回路電位隔離檢測電壓，電流等。

3.驅(qū)動電路為驅(qū)動主電路器件的電路，它與控制電路隔離，控制主電路器件的導通與關(guān)斷。

4.I/O電路使變頻更好地人機交互，其具有多信號（比如運行多段速度運行等）的輸入，還有各種內(nèi)部參數(shù)（比如電流，頻率，保護動作驅(qū)動等）的輸入。

5.速度檢測電路將裝在異步電動機軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號設(shè)為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。

6.保護電路檢測主電路的電壓、電流等。當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓，電流值。

逆變器控制電路中的保護電路，可分為逆變器保護和異步電動機保護兩種，保護功能如下：

（1）逆變器保護

①瞬時過電流保護，用于逆變電流負載側(cè)短路等，流過逆變電器回件的電流達到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運轉(zhuǎn)，切斷電流，變流器的輸出電流達到異常值，也得同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。

②過載保護，逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)流通超過規(guī)定時間，為防止逆變器器件、電線等損壞，要停止運轉(zhuǎn)，恰當?shù)谋Ｗo需要反時限特性，采用熱繼電器或電子熱保護，過載是由于負載的GD2（慣性）過大或因負載過大使電動機堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。

③再生過電壓保護，應用逆變器使電動機快速減速時，由于再生功率使直流電路電壓升高，有時超過容許值，可以采取停止逆變器運轉(zhuǎn)或停止快速的方法，防止過電壓。

④瞬時停電保護，對于毫秒級內(nèi)的瞬時斷電，控制電路工作正常。但瞬時停電如果達數(shù)10ms以上時，通常不僅控制電路誤動作，主電路也不供電，所以檢測出后使逆變器停止運轉(zhuǎn)。

⑤接地過電流保護，逆變器負載接地時，為了保護逆變器，要有接地過電流保護功能。但為了保證人身安全，需要裝設(shè)漏電保護斷路器。

⑥冷卻風機異常，有冷卻風機的裝置，當風機異常時裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢測出異常后停止逆變電器工作。

（2）異步電動機的保護

①過載保護，過載檢測裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護來檢出過熱。動作過頻時，應考慮減輕電動機負荷，增加電動機及逆變器的容量等。

②超速保護，逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時，停止逆變器運轉(zhuǎn)。

（3）其他保護

①防止失速過電流，加速時，如果異步電動機跟蹤遲緩，則過電流保護電路動作，運轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進行（失速）。所以，在負載電流減小之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運轉(zhuǎn)中的過電流，有時也進行同樣的控制。

②防止失速再生過電壓，減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為防止再生過電壓電路保護動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止不能運轉(zhuǎn)（失速）。

2 變頻器控制回路的抗干擾措施

由于主回路的非線性（進行開關(guān)動作），變頻器本身就是諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量，弱信號回路，極易遭受其他裝置產(chǎn)生的干擾，造成變頻器自身和周邊設(shè)備無法正常工作。因此，變頻器在安裝使用時，必須對控制回路采取抗干擾措施。

（1）變頻器的基本控制回路

一般而言，同外部進行信號交流的基本回籠路有模擬與數(shù)字兩種：

①4～20MA電流信號回路（模擬）；1～5V/0～5V電壓信號回路（模擬）。

②開關(guān)信號回路，變頻器的開停指令，正反轉(zhuǎn)指令等（數(shù)字）。

外部控制，指令信號通過上述基本回路導入變頻器，同時干擾源也在其回路上產(chǎn)生干擾電勢，以控制電纜為媒介侵入變頻器。

（2）干擾的基本類型及抗干擾措施

①靜電耦合干擾，指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容耦合在電纜中產(chǎn)生的電勢。當加大與干擾源電纜的距離，達到導體直徑40倍以上時，干擾程度就會不太明顯，也可在兩電纜間設(shè)置屏敝導體，再將屏蔽導體接地。

②靜電感應干擾，指周圍電氣回路產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應出的電勢。其強度取決于干擾源電纜產(chǎn)生的磁通大小、控制電纜形成的閉環(huán)面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對角度。可將控制電纜與主回路電纜或其他動力電纜分離鋪設(shè)。分離距離通常應在30cm以上（最少不低于10cm）。分離困難時，將控制電纜穿過鐵管鋪設(shè)，也可將控制導體絞合，絞合間距越小，鋪設(shè)的路線越短，抗干擾效果越好。

③電波干擾，指控制電纜成為天線，由外來電波在電纜中產(chǎn)生電勢。抗干擾措施同①②，必要時將變頻器放入鐵箱內(nèi)進行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱務(wù)必接地。

④接觸不良干擾，指變頻器控制電纜的電接點及繼電器觸點接觸不良，電阻發(fā)生變化在電纜中產(chǎn)生的干擾，對此，采用并聯(lián)觸點或提高電器件等級來解決。對于電纜連接點應定期做擰緊加固處理。

⑤接地干擾，指機體接地或信號接地，對于弱電壓，電流回路，任何不合理的接地均可誘發(fā)各種意想不到的干擾，比如設(shè)置兩個以上接地點，接地處會產(chǎn)生電位差，產(chǎn)生干擾。可將速度給定的控制電纜取一點接地，接地線不作為信號的通路使用，電纜的接地在變頻器側(cè)進行，使用專設(shè)的接地端子，不與其他接地端子共用。

（3）其他注意事項

①裝有變頻器的控制柜，應盡量遠離大容量變壓器和電動機。其控制電纜線路也應避開這些漏磁通大的設(shè)備。

②弱電壓電流控制電纜不要接近易產(chǎn)生電弧的電器件。

③控制電纜建議采用1.25mm2或2mm2屏蔽絞合絕緣電纜。

④屏蔽電纜的屏蔽要連接到電纜導體同樣長。電纜在端子箱中連接時，屏蔽端子要互相連接。

3 變頻器干擾的對策

變頻器運行過程中，可以從設(shè)備外部目視檢查運行狀況有無異常，專職點檢員可以通過鍵盤面板轉(zhuǎn)換鍵查閱變頻器的運行參數(shù)，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速等，掌握變頻器日常運行值的范圍，以便及時發(fā)現(xiàn)變頻器及電機問題。此外，還要注意以下幾點：

（1）設(shè)專人定期對變頻器進行清掃、吹灰，保持變頻器內(nèi)部的清潔及風道的暢通。

（2）保持變頻器周圍環(huán)境清潔、干燥。嚴禁在變頻器附近放置雜

物.

（3）每次維護變頻器后，要認真檢查有無遺漏的螺絲及導線等，防止小金屬物品造成變頻器短路事故。

（4）測量變頻器（含電機）絕緣時，應當使用500V兆歐表。如僅對變頻器進行檢測，要拆去所有與變頻器端子連接的外部接線。清潔器件后，將主回路端子全部用導線短接起來，將其與地用兆歐表試驗，如果兆歐表指示在5M歐以上，說明是正常的，這樣做的目的是減少搖測次數(shù)。

變頻器的干擾處理一般有下面幾種方式：

加隔離變壓器，主要是針對來自電源的傳導干擾，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。

使用濾波器，濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

使用輸出電抗器，在變頻器到電動機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常工作。

4 結(jié)束語

采用變頻器作為異步電動機驅(qū)動器，盡管其可靠性很高，但是如果使用不當或偶然事件，也會造成變頻器的損壞，要想在生產(chǎn)過程中，使用好變頻器，熟悉變頻器的結(jié)構(gòu)原理，了解常見故障，對于技術(shù)人員尤為重要。