變頻器的三種電磁干擾問(wèn)題及解決方法

變頻器工作過(guò)程中，干擾出現(xiàn)得比較多，且比較嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致控制系統(tǒng)無(wú)法投入使用。變頻器的工作原理注定其會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾。

一、電磁干擾

變頻器包括整流電路和逆變電路，輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流電路和平波回路，轉(zhuǎn)換成直流電壓，再通過(guò)逆變器把直流電壓變換成不同寬度的脈沖電壓（稱(chēng)為脈寬調(diào)制電壓，PWM）。用這個(gè)PWM電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)，就可以起到調(diào)整電機(jī)力矩和速度的目的。這種工作原理導(dǎo)致以下三種電磁干擾：

1、諧波干擾

整流電路會(huì)產(chǎn)生諧波電流，這種諧波電流在供電系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生電壓降，導(dǎo)致電壓波型發(fā)生畸變，這種畸變的電壓對(duì)于許多電子設(shè)備形成干擾（因?yàn)榇蟛糠蛛娮釉O(shè)備僅能工作在正弦波電壓條件下），常見(jiàn)的電壓畸變是正弦波的頂部變平。諧波電流一定時(shí)，電壓畸變?cè)谌?a target="_blank">電源的情況下更加嚴(yán)重，這種干擾的特征是會(huì)對(duì)使用同一個(gè)電網(wǎng)的設(shè)備形成干擾，而與設(shè)備與變頻器之間的距離無(wú)關(guān)。

2、射頻傳導(dǎo)發(fā)射干擾

由于負(fù)載電壓為脈沖狀，因此變頻器從電網(wǎng)吸取電流也是脈沖狀，這種脈沖電流中包含了大量的高頻成分，形成射頻干擾，這種干擾的特征是會(huì)對(duì)使用同一個(gè)電網(wǎng)的設(shè)備形成干擾，而與設(shè)備與變頻器之間的距離無(wú)關(guān)。

3、射頻輻射干擾

射頻輻射干擾來(lái)自變頻器的輸入電纜和輸出電纜。在上述的射頻傳導(dǎo)發(fā)射干擾的情形中，變頻器的輸入輸出電纜上有射頻干擾電流時(shí)，由于電纜相當(dāng)于天線(xiàn)，必然會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射，產(chǎn)生輻射干擾。變頻器輸出電纜上傳輸?shù)腜WM電壓，同樣包含豐富的高頻的成分，會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射，形成輻射干擾。輻射干擾的特征是，當(dāng)其他電子設(shè)備靠近變頻器時(shí)，干擾現(xiàn)象變得嚴(yán)重。

二、解決干擾方法

根據(jù)電磁學(xué)的基本原理，形成電磁干擾必須具備三要素：電磁干擾源、電磁干擾途徑、對(duì)電磁干擾敏感的系統(tǒng)。為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和放兩方面入手來(lái)抑制干擾，其總體原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)干擾信號(hào)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。以下內(nèi)容是解決現(xiàn)場(chǎng)干擾的主要步驟：

1、采用軟件抗干擾措施

具體來(lái)講就是通過(guò)變頻器的人機(jī)界面下調(diào)變頻器的載波頻率，把該值調(diào)低到一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?。如果這個(gè)方法不能奏效，那么只能采取下面的硬件抗干擾措施。

2、進(jìn)行正確的接地

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的具體調(diào)研我們可以看到，現(xiàn)場(chǎng)的接地情況是不甚理想的。而正確的接地既可以是系統(tǒng)有效地抑制外來(lái)干擾，又能降低設(shè)備本身對(duì)外界的干擾，是解決變頻器干擾最有效的措施。具體來(lái)講就是做到以下幾點(diǎn)：

（1）變頻器的主回路端子PE（E、G）必須接地，該接地可以和該變頻器所帶的電機(jī)共地，但不能與其它的設(shè)備共地，必須單獨(dú)打接地樁，且該接地點(diǎn)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離弱電設(shè)備的接地點(diǎn)。同時(shí)，變頻器接地導(dǎo)線(xiàn)的截面積應(yīng)不小于4mm2，長(zhǎng)度應(yīng)控制在20m以?xún)?nèi)。

（2）其它機(jī)電設(shè)備的地線(xiàn)中，保護(hù)接地和工作接地應(yīng)分開(kāi)單獨(dú)設(shè)接地極，并最后匯入配電柜的電氣接地點(diǎn)?？刂菩盘?hào)的屏蔽地和主電路導(dǎo)線(xiàn)的屏蔽地也應(yīng)分開(kāi)單獨(dú)設(shè)接地極，并最后匯入配電柜的電氣接地點(diǎn)。

3、屏蔽干擾源

屏蔽干擾源是抑制干擾的很有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，可以不讓其電磁干擾泄露，但變頻器的輸出線(xiàn)最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號(hào)（從控制器上輸出4~20mA信號(hào)）控制變頻器時(shí)，要求該控制信號(hào)線(xiàn)盡可能短（一般為20m以?xún)?nèi)），且必須采用屏蔽雙絞線(xiàn)，并與主電路線(xiàn)（AC380）及控制線(xiàn)（AC220V）完全分離。此外，系統(tǒng)中的電子敏感設(shè)備線(xiàn)路也要求采用屏蔽雙絞線(xiàn)，特別是壓力信號(hào)。且系統(tǒng)中所有的信號(hào)線(xiàn)決不能和主電路線(xiàn)及控制線(xiàn)放于同一配管或線(xiàn)槽內(nèi)。為使屏蔽有效，屏蔽層必須可靠接地。

4、合理的布線(xiàn)具體方法有：

（1）設(shè)備的電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器的輸入輸出線(xiàn)。

（2）其它設(shè)備的電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)應(yīng)避免和變頻器的輸入輸出線(xiàn)平行。

如果采取了以上的辦法之后還是不能夠奏效，那么繼續(xù)以下辦法：

5、干擾的隔離

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(kāi)來(lái)，使他們不發(fā)生電的聯(lián)系。通常是在電源和控制器及變送器等放大器電路之間在電源線(xiàn)上采用隔離變壓器以免傳導(dǎo)干擾，電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。

6、在系統(tǒng)線(xiàn)路中設(shè)置濾波器

設(shè)備濾波器的作用是為了抑制干擾信號(hào)從變頻器通過(guò)電源線(xiàn)傳導(dǎo)干擾到電源和電動(dòng)機(jī)。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側(cè)可設(shè)置輸出濾波器；為減少對(duì)電源干擾，可在變頻器輸入側(cè)設(shè)置輸入濾波器。若線(xiàn)路中有敏感電子設(shè)備如控制器和變送器等，可在該設(shè)備的電源線(xiàn)上設(shè)置電源噪聲濾波器以免傳導(dǎo)干擾。濾波器根據(jù)使用位置的不同，可分為：

（1）輸入濾波器

通常有兩種：

a、線(xiàn)路濾波器：主要由電感線(xiàn)圈構(gòu)成，它通過(guò)增大線(xiàn)路在高頻下的阻抗來(lái)削弱頻率較高的諧波電流。

b、輻射濾波器：主要由高頻電容器構(gòu)成，它將吸收頻率點(diǎn)很高的、具有輻射能量的諧波成分。

（2）輸出濾波器也由電感線(xiàn)圈構(gòu)成

它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成分。不僅起到抗干擾的作用，還能消弱電動(dòng)機(jī)中由高次諧波產(chǎn)生的諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。對(duì)于變頻器輸出端的抗干擾措施，必須注意一下方面：

a、變頻器的輸出端不允許接入電容器，以免在功率管導(dǎo)通（關(guān)斷）瞬間，產(chǎn)生峰值很大的充電（或放電）電流，損害功率管；

b、當(dāng)輸出濾波器由LC電路構(gòu)成時(shí)，濾波器內(nèi)接入電容器的一側(cè)，必須與電動(dòng)機(jī)側(cè)相接。

7、采用電抗器

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波成分（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其它設(shè)備的正常運(yùn)行之外，還因?yàn)樗鼈兿牧舜罅康臒o(wú)功功率，使線(xiàn)路的功率因素大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據(jù)接線(xiàn)位置的不同，主要有以下兩種：

（1）交流電抗器

串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。其主要功能有：

a、通過(guò)抑制諧波電流，將功率因素提高至（0.75-0.85）；

b、削弱輸入電路中的浪涌電流對(duì)變頻器的沖擊；

c、削弱電源電壓不平衡的影響。

（2）直流電抗器

串聯(lián)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。但在提高功率因素方面比交流電抗器有效，可達(dá)0.95，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

因此，變頻器的抗干擾措施主要包括在變頻器進(jìn)線(xiàn)部分加裝交流電抗器和濾波器，進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)采用屏蔽電纜，所有電纜的屏蔽層與電抗器、濾波器、變頻器和電機(jī)的保護(hù)地共同接地，且該接地點(diǎn)與其他接地點(diǎn)分開(kāi)，保持足夠的距離。同時(shí)，信號(hào)電纜和變頻器的動(dòng)力電纜不要平行布置。

此外，為防止變頻器干擾信號(hào)和控制回路，需要給控制器、儀表和工控機(jī)采用單獨(dú)的隔離電源進(jìn)行供電。