朱德忠

（江西旅游商貿(mào)職業(yè)學(xué)院機(jī)電信息工程分院，江西南昌 330100）

自從三相交流異步電動(dòng)機(jī)發(fā)明以來，因其轉(zhuǎn)子回路內(nèi)電流不必從外部通入，而且結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單堅(jiān)固、易于維護(hù)、工作可靠且價(jià)格低廉，長(zhǎng)期以來在各行各業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備中始終處于絕對(duì)領(lǐng)先的地位，應(yīng)用極其廣泛。但惟一不盡人意的是其調(diào)速性能較差，使其更為廣泛的應(yīng)用受到限制。

20世紀(jì)80年代，一種新型節(jié)電設(shè)備——變頻調(diào)速器，簡(jiǎn)稱變頻器（VVVF）開始進(jìn)入實(shí)用階段，20世紀(jì)80年代后期開始在我國(guó)應(yīng)用。變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、過載能力、調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、功率因數(shù)、運(yùn)行效率、使用維護(hù)以及通信功能、智能控制等諸多方面都是傳統(tǒng)交流調(diào)速方式無法比擬的，因此給三相交流異步電動(dòng)機(jī)帶來了新的“生命”。變頻調(diào)速器以其體積小、重量輕、通用性強(qiáng)、拖動(dòng)領(lǐng)域?qū)?、保護(hù)功能完善、可靠性高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，深受冶金、礦山、石化、醫(yī)藥、紡織、造紙、機(jī)械、電力、建材等諸多行業(yè)的歡迎，社會(huì)效益非常顯著。變頻技術(shù)隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展而進(jìn)展顯著，變頻器的價(jià)格也在下降，變頻器已經(jīng)成為電動(dòng)機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)設(shè)備，推廣普及變頻器的應(yīng)用有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文從變頻器的電磁干擾與被干擾就使用與安全問題進(jìn)行闡述。

1 關(guān)于電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）

（1）電磁干擾EMI（Electromagnetic Interference）

電力電子器件運(yùn)行在高頻狀態(tài)時(shí)，PN結(jié)間的電容作用不可忽視，寄生參數(shù)影響很大，容性、感性器件能量振蕩，對(duì)外產(chǎn)生電磁干擾，即電磁污染。有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種，傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響到其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。盡管現(xiàn)在高頻交流變頻技術(shù)正在進(jìn)入變頻傳動(dòng)領(lǐng)域，采用零電壓或零電流技術(shù)的軟開關(guān)諧振式變頻器已被認(rèn)為是21世紀(jì)高性能變頻器的發(fā)展主流，但電磁干擾的存在勢(shì)必造成變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心——微機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)紊亂，破壞或降低其他電子設(shè)備的工作性能，從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此如何抑制電磁干擾是整個(gè)控制系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。

（2）電磁兼容EMC（Electromagnetic Compatibility）

這是設(shè)備的一種能力，即在電磁環(huán)境中能完成它的功能，而不至于在其環(huán)境中產(chǎn)生不允許的干擾。也就是說，一個(gè)電器裝置能在其所處的電磁環(huán)境中滿意地工作，同時(shí)又不向該環(huán)境及同一環(huán)境中的其他裝置排放超過允許范圍的電磁干擾。自從電子系統(tǒng)降噪技術(shù)在20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)以來，主要由于美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)在1990年和歐盟在1992年提出了對(duì)商業(yè)數(shù)碼產(chǎn)品的有關(guān)規(guī)章，這些規(guī)章要求各個(gè)公司確保他們的產(chǎn)品符合嚴(yán)格的磁化系數(shù)和發(fā)射準(zhǔn)則。符合這些規(guī)章的產(chǎn)品稱為具有電磁兼容性。設(shè)備的電磁兼容性就是要破壞電磁干擾的3個(gè)要素，即干擾源、敏感的接收單元和耦合通道。一般采取屏蔽、隔離、濾波和接地的措施就可比較好地消除干擾，使電力電子設(shè)備既不受外來干擾影響，也不對(duì)所處環(huán)境和其他設(shè)備造成干擾，維持其共存的電路環(huán)境，相互兼容，均能正常工作。電磁兼容性好的產(chǎn)品就是指無諧波污染和高功率因數(shù)的“綠色”產(chǎn)品。

2 變頻器之干擾與被干擾

（1）變頻器的干擾

在我國(guó)，電力電子裝置的應(yīng)用遠(yuǎn)不及發(fā)達(dá)國(guó)家普及，10多年來我們一直在做這方面的努力，普及變頻器的應(yīng)用?，F(xiàn)在的問題是，變頻器這個(gè)典型的非線性電力電子設(shè)備是個(gè)諧波源（電磁干擾）。諧波對(duì)供電系統(tǒng)安全、輸變電及用電設(shè)備、通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等都形成干擾，影響它們的正常工作。例如，變頻器產(chǎn)生的高次諧波中，電流諧波將增加電動(dòng)機(jī)的銅損，電壓諧波將增加電動(dòng)機(jī)的鐵損，最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱量增加;此外變頻器輸出的具有陡變沿的驅(qū)動(dòng)脈沖（高次諧波），加上變頻器到電動(dòng)機(jī)之間的連接電纜存在的雜散電容和電感，受到諧波的激勵(lì)產(chǎn)生振蕩，造成傳送到電動(dòng)機(jī)的輸入端的驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生過沖現(xiàn)象;如果變頻器中的開關(guān)頻率位于聽覺范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)還會(huì)產(chǎn)生很煩人的噪聲，必需采取相應(yīng)措施。

干擾信號(hào)的傳播方式主要有:

①通過電源網(wǎng)絡(luò)（電源線、信號(hào)線、控制線）傳播的線路傳播方式。

②當(dāng)變頻器的輸入電路或輸出電路與其他設(shè)備的電路挨得很近時(shí)，變頻器的高次諧波信號(hào)會(huì)通過線間電感或線間電容的感應(yīng)耦合到其他設(shè)備中去。即傳播電流干擾信號(hào)的電磁感應(yīng)方式和傳播電壓干擾信號(hào)的靜電感應(yīng)方式。

③空中傳播方式，頻率很高的諧波以電磁波的方式向外輻射，尤其對(duì)通信設(shè)備干擾更為嚴(yán)重。

（2）變頻器的被干擾

變頻器的運(yùn)行會(huì)對(duì)周圍設(shè)備產(chǎn)生干擾，同樣變頻器這個(gè)采用了高性能微處理器等集成電路的電力電子裝置也會(huì)被干擾。像供電網(wǎng)絡(luò)中較大容量的晶閘管換向和用于提高功率因數(shù)的補(bǔ)償電容的投入與切除，都會(huì)對(duì)變頻器造成干擾，影響工作。原因是晶閘管在部分時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)通會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)電壓“凹口”的現(xiàn)象，補(bǔ)償電容的投入與切除會(huì)產(chǎn)生瞬間的峰值電壓。

3 變頻器的使用與安全

正確使用變頻器十分重要，而不正確使用將會(huì)導(dǎo)致變頻器的不正常工作，顯著降低變頻器的壽命，甚至損壞變頻器，同時(shí)還會(huì)對(duì)其他設(shè)備造成影響。上述關(guān)于變頻器的干擾與被干擾的問題告訴我們必須正確使用變頻器才行。首先要強(qiáng)調(diào)的是使用任何一款變頻器之前都必須認(rèn)真、仔細(xì)地閱讀產(chǎn)品使用手冊(cè)，它會(huì)告之安全、安裝、設(shè)置、操作、維護(hù)等事項(xiàng)，我們必需遵照?qǐng)?zhí)行。這里僅就與抗干擾有關(guān)的問題進(jìn)行闡述。

（1）正確選用

應(yīng)當(dāng)選用研發(fā)、生產(chǎn)出的高品質(zhì)、高性能，價(jià)格合理地變頻調(diào)速器。因?yàn)樗陔姶偶嫒菪陨系脑O(shè)計(jì)考慮周全，諸如功率器件開關(guān)干擾的抑制，合理的布局與布線、接地、屏蔽（吸收和削弱高頻電磁場(chǎng)）、隔離、濾波等措施可以很好的消除或降低電磁干擾的作用。

（2）正確安裝

注意環(huán)境要求，避免安裝在高溫多濕、陽光直射、多塵、有腐蝕性氣體、易燃性氣體的環(huán)境之中，防止振動(dòng)和電磁干擾（像電焊機(jī)、動(dòng)力機(jī)器）;注意配線，控制線在空間上應(yīng)盡量和變頻器的輸入、輸出線交叉，垂直更好;注意散熱（低頻時(shí)要特別注意）。變頻器是一種微電子控制的功率裝置，內(nèi)部有大量的半導(dǎo)體器件，對(duì)溫度、濕度非常敏感，有統(tǒng)計(jì)表明，每年夏季是變頻器故障的高發(fā)期，建議對(duì)變頻控制柜內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)控，原則上不要超過10℃，同時(shí)注意防潮。

（3）周邊設(shè)備的應(yīng)用與注意事項(xiàng)（圖1）

①電源:在變頻器的容許電源規(guī)格內(nèi)使用;注意電壓等級(jí)是否正確。

②無熔絲斷路器:使用符合變頻器額定電壓及電流等級(jí)的無熔絲斷路器作為變頻器的電源ON/OFF控制，并作為變頻器的保護(hù);無熔絲斷路器不能作為變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)/停止的切換;加裝漏電斷路器，防止漏電造成的誤動(dòng)作并保證人員安全。

③電磁接觸器:沒有特別設(shè)置的必要，但作外部控制，或停電后自動(dòng)再起動(dòng)，或使用制動(dòng)控制器時(shí)須加裝一次側(cè)的電磁接觸器;如果設(shè)置了，就不能用它來對(duì)變頻器進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)/停止的切換。

④輸入側(cè)電抗器:在為了改善功率因數(shù)和距離大容量電源很近（參見使用手冊(cè)上的要求）的場(chǎng)合，有必要使用交流或直流電抗器;電抗器的功能主要是削弱高次諧波，提高功率因數(shù)（至少在0.85以上）;削弱沖擊電流，削弱三相電源電壓不平衡的影響。

⑤輸入側(cè)濾波器:變頻器周圍有電感負(fù)載時(shí)，務(wù)必加裝抗干擾濾波器;濾波器主要用于抑制具有輻射能力的頻率很高的諧波電流。

⑥變頻器（VVVF）:注意安裝環(huán)境。注意輸入、輸出的接線端子，千萬不能接錯(cuò);正確接地。另外控制信號(hào)線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離主回路。

⑦輸出側(cè)濾波器:注意輸出側(cè)一般不接電抗器。有的也要求不接過電壓吸收器和無線電噪聲濾波器，至少不能在輸出側(cè)接入電容器;為減少變頻器產(chǎn)生的高次諧波，以避免影響其附近的通信設(shè)備，可在輸出側(cè)接入抗干擾濾波器（注:變頻器輸出側(cè)到電動(dòng)機(jī)的這段最好不接電器且距離不能太長(zhǎng)）。

⑧電動(dòng)機(jī):為了防止觸電，必須良好地接地。

（4）其他注意事項(xiàng)

①裝有變頻器的控制柜，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大容量變壓器和電動(dòng)機(jī)，其控制電纜線路也要避開這些漏磁大的設(shè)備。

②控制電纜要用1.25 mm2或2 mm2以上的屏蔽絞合絕緣電纜。

③選用異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，一定要注意電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。因?yàn)轭l率太低，電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇風(fēng)量會(huì)隨之減少，散熱效果降低，需另加風(fēng)扇強(qiáng)冷;而頻率太高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速太高，應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)的軸承強(qiáng)度。

④回避機(jī)械共振點(diǎn)，即用設(shè)置的方法跳過發(fā)生共振的頻率范圍。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在一定的頻率范圍內(nèi)，可能會(huì)遇到負(fù)載設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械諧振而影響系統(tǒng)運(yùn)行。

⑤變頻器輸出側(cè)諧波電流的輻射能力，電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)的能力都和載波頻率有關(guān)，適當(dāng)降低載波頻率對(duì)抑制干擾是有利的。但載波頻率是從改善電流波形的角度考慮的，載波頻率越高，電流波形平滑性越好，變頻器的噪聲會(huì)小;隨之而來的是扭矩會(huì)增大，電動(dòng)機(jī)的噪聲會(huì)大，這點(diǎn)要綜合平衡考慮，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

⑥正確接地。設(shè)備接地的主要目的是為安全（設(shè)備和人身兩方面），但對(duì)于一些具有高頻干擾信號(hào)的設(shè)備來說，也有把高頻干擾信號(hào)引入大地的功能。接地時(shí)應(yīng)注意:接地線要粗，接地點(diǎn)要盡量靠近變頻器，接地線要遠(yuǎn)離電源線并和其它地線分開。千萬不可把所有接地線連在一起再接地。

⑦斷電后變頻器內(nèi)部的電容仍有一段時(shí)間積存高電壓，應(yīng)等放電指示燈完全熄滅，方可進(jìn)行維護(hù)、檢修等操作，以免發(fā)生危險(xiǎn)，切記。

4 結(jié)語

以上分析知道，由于變頻器的普及應(yīng)用而帶來的干擾與被干擾問題，必需從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)上，采取各種正確的軟、硬件措施，才能解決。因干擾與被干擾而造成的變頻調(diào)速系統(tǒng)的安全問題也值得注意。

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