变频器应用中的干扰问题及其解决方案研究

【摘 要】随着我国机电一体化技术的日益成熟，变频器因其卓越的优点得到了广泛地应用，随着而来的干扰问题也逐渐因其人们的重视。本文重点介绍了变频器应用中干扰产生的来源及传播途径，提出了抗干扰的解决方法。

【关键词】变频器；干扰；方法

1 变频器的应用

随着我国电子技术的迅速发展，越来越多的工业中采用大型机电设备。由于电子电气设备工作的特点，要求电动机必须具有超强的调速功能。以前，交流电动机调速一直是个难题，调速性能要求比较高的电动机都采用直流调速的方式，但直流调速机有着诸如调速机体积大、噪声大、维修困难、耗电量大等缺点，逐渐不再适应生产的需要。

变频器调速技术融合了自动化、微电子、电气等多种高新技术。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的磨损，从而延长了设备和电机的寿命。变频调速机的应用不但可以提高生产机械的精度、生产效率和产品质量，有利于实现生产过程的自动化，而且变频调速系统还具有显著地节能效果。随着变频器技术的发展，变频器在交流电动机中的使用越来越多，逐渐替代了直流调速机等其他调速设备。

2 变频器干扰的来源分析

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危害的干扰。变频器就是其中之一。

2.1 晶闸管换流设备对变频器的干扰

当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时，由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通，容易使网络电压出现凹口，波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害，从而导致输入回路击穿而烧毁。

2.2 电力补偿电容对变频器的干扰

电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求，为此，许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中，网络电压有可能出现很高的峰值，其结果是可能使变频器的整流二极管因承受过高的反向电压而击穿。

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子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。

（1）输入电流的波形 变频器的输入侧是二极管整流和电容滤波电路。显然只有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时，整流桥中才有充电电流。因此，充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式。它具有很强的高次谐波成分。有关资料表明，输入电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的，分别是50HZ基波的80%和70%。

（2）输出电压与电流的波形 绝大多数变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形式形波；由于电动机定子绕组的电感性质，定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的。

2.3 振动干扰

变频器运行时产生的高次谐波引起的磁场会对许多机械部件产生电磁策动力，策动力的频率如果和某些机械部件的频率接近或相等，就会产生电磁原因导致的振动。

减弱或消除振动的方法主要是在变频器和电动机之间接入交流电抗器，主要是为了减弱变频器输出电流中的高次谐波。此电抗器一定要安装在距离变频器最近的地方，以减少引线的距离。

3 变频调速系统的抗干扰对策

3.1 空间隔离

在实际的工程布局时，最好将变频器单独放置，尽量将变频器远离其他易受干扰的设备，使其产生的电磁干扰在到达最近的电子设备的时候减弱至影响可忽略的程度。但是由于受区域面积的限制，单独放置的变频器显然不太现实，应尽量将易受干扰的弱电控制设备与变频器分开放置，中间布局不易受干扰的其他设备，比如将动力配电柜放在变频器与弱电控制设备之间以减小干扰的影响。

3.2 设置滤波器

滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源从电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器；为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。在变频器的输入和输出电路中，除了上述较低的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流 ，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位置的不同，可分为：

3.3 屏蔽干扰源

屏蔽干扰源是抑制干扰的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），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线（AC380V）及控制线（AC220V）完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

3.4 正确的接地

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。在实际应用系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地）不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。

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，因此在实际应用中一定要非常重视。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。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。

3.5 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的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。

4 结语

通对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这些问题的实际方法和措施。随着变频器相关技术的发展，变频器应用存在的干扰问题有望通过变频器本身的设计来解决。

参考文献：

[1]范锡普.发电厂电气部分[M].北京：水利电力出版社，1987.

[2]王维俭.电力系统继电保护基本原理[M].北京：清华大学出版社，1991.

[3]吴忠智，黄立培，吴加林.调速用变频器及配套设备选用指南[S].北京：机械工业出社，2006.

[4]吴忠智，吴加林.变频器应用手册[S].北京：机械工业出版社，2008.