变频器应用中的抗干扰问题探析

变频器应用中的抗干扰问题探析

摘要：本文主要介绍了变频器应用中干扰的来源、传播方式，提出了抗干扰的解决方法，阐述了在变频器系统设计和安装中抑制干扰的技术措施。

关键词：变频器 抗干扰 技术措施

随着变频器在工业控制系统的广泛应用，系统的电磁干扰（EMI）日益严重，相应的抗干扰问题日益突出。变频器控制系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏，有时会使微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成设备和生产事故。因此，如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置应用的重要内容，也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。探讨变频器的抗干扰问题，首先要了解干扰的来源、传播方式，然后再有针对性的提出抗干扰的解决方法及抑制干扰的技术措施。

一、变频器干扰的来源

首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备，非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其它设备产生干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有：(1)过压、欠压、瞬时掉电(2)浪涌、跌落 (3)尖峰电压脉冲 (4)射频干扰。

其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电气设备产生谐波干扰。

二、干扰信号的传播方式

变频器能产生功率较大的谐波，由于功率较大，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电路耦合、电磁辐射、感应耦合。

（1）电路耦合方式 即通过电源网络传播。由于输入电流为非正弦波，当变频器的容量较大时，将使网络电压产生畸变，影响其他设备工工作，同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损、铁损大幅增加，影响了电机的运转特性。显然，这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。

（2）电磁幅射方式 即以电磁波方式向空中幅射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。

（3）感应耦合方式 当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。

三、变频调速系统的抗干扰对策

根据电磁性的基本原理，形成电磁干扰(EMI)须具备三要素：电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用最基本和最重要的抗干扰措施，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体可采用以下几种措施：

1、 隔离

所谓隔离，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分分开，使它们不发生电的联系，通常在变频调速传动系统中采用隔离变压器防止干扰。

2、 滤波

在系统线路中设置滤波器的作用是削弱频率较高的谐波分量。在变频器输出侧设置输出滤波器，减少电磁噪声和损耗，在变频器输入侧设置输入滤波器，减少对电源干扰。

3、 屏蔽

屏蔽是抑制干扰最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏；输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短(一般为20m以内)，且采用双绞线屏蔽电缆，并与动力线垂直交叉或分槽布线。为使屏蔽有效，屏蔽层必须可靠接地。

4、 接地

正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。对于变频器，主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。

5、 采用电抗器

在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备外，还因它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路中串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有以下两种：

（1）交流电抗器 串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有：

a、 通过抑制谐波电流，将功率因数提高至（0.75-0.85）；

b、 削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击；

c、 削弱电源电压不平衡的影响。

（2）直流电抗器 串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能是削弱输入电流中的高次谐波成分，可有效提高功率因数达0.95，并具有结构简单、体积小的优点。

6、 合理布线

对于通过辐射方式传播的干扰信号，主要通过合理布线来削弱。具体方法有：（1） 设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入、输出线；

（2） 其他设备的电源线和信号线在空间上应尽量和变频器的输入、输出线交叉，最好是垂直交叉。

四、结论

通过对变频器在实际应用中干扰的来源和传播途径的分析，提出了解决这些问题的技术措施，随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，重视变频器的电磁兼容要求，变频器在工业控制领域将得到更广泛的应用和推广。

参考文献：

1、韩安荣 通用变频器及其应用（第二版）机械工业出版社 2000

2、刘美俊 变频器应用与维修问答 电子工业出版社 2010

3、吴忠智，吴加林 变频器应用手册机械工业出版社 1995

4、王定华 电磁兼容性原理与设计 电子科技大学出版社 1995