曹 瑞

（洛陽(yáng)市特種設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)所，河南 洛陽(yáng)471000）

0 引言

變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動(dòng)控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于其采用軟啟動(dòng)，可以減少設(shè)備和電機(jī)的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備和電機(jī)的使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應(yīng)用到了工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中，如變頻調(diào)速在供水、空調(diào)設(shè)備、過(guò)程控制、電梯、機(jī)床等方面的應(yīng)用，保證了調(diào)節(jié)精度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益，但隨之也帶來(lái)了一些干擾問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)的供電和用電設(shè)備會(huì)對(duì)變頻器產(chǎn)生影響，變頻器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波也會(huì)干擾周?chē)O(shè)備的運(yùn)行。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種：對(duì)電子設(shè)備的干擾、對(duì)通信設(shè)備的干擾及對(duì)無(wú)線(xiàn)電等產(chǎn)生的干擾。對(duì)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制裝置等電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾主要是感應(yīng)干擾；對(duì)通信設(shè)備和無(wú)線(xiàn)電等產(chǎn)生的干擾為放射干擾。下面主要討論變頻器的干擾及其抑制方法。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要電磁干擾源及途徑

1.1 主要電磁干擾源

電磁干擾也稱(chēng)電磁騷擾（EMI），是以外部噪聲和無(wú)用信號(hào)在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過(guò)電路傳導(dǎo)和以場(chǎng)的形式傳播的。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)，當(dāng)其工作于開(kāi)關(guān)模式并作高速切換時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此，變頻器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他的電子、電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)是一個(gè)電磁干擾源。電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過(guò)變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源，如各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、非線(xiàn)性負(fù)載及照明設(shè)備等。這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對(duì)電網(wǎng)中其他設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。

1.2 電磁干擾的途徑

變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對(duì)系統(tǒng)其他設(shè)備干擾性較強(qiáng)。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分電磁輻射、傳導(dǎo)、感應(yīng)耦合。具體為：①對(duì)周?chē)碾娮印㈦姎庠O(shè)備產(chǎn)生電磁輻射；②對(duì)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲，使得電動(dòng)機(jī)鐵耗和銅耗增加，并傳導(dǎo)干擾到電源，通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)給系統(tǒng)其他設(shè)備；③變頻器對(duì)相鄰的其他線(xiàn)路產(chǎn)生感應(yīng)耦合，感應(yīng)出干擾電壓或電流。同樣，系統(tǒng)內(nèi)的干擾信號(hào)通過(guò)相同的途徑干擾變頻器的正常工作。

2 抗電磁干擾的措施

據(jù)電磁性的基本原理，形成電磁干擾（EMI）須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對(duì)電磁干擾敏感的系統(tǒng)等三個(gè)要素。為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來(lái)抑制干擾，其總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)對(duì)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。①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)，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。在變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，通常是在電源和放大器電路之間的電源線(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。②濾波。設(shè)置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)干擾到電源及電動(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)電源的干擾，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，可在電源線(xiàn)上設(shè)置電源噪聲濾波器，以免傳導(dǎo)干擾。③屏蔽。屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏。輸出線(xiàn)最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號(hào)控制變頻器時(shí)，要求信號(hào)線(xiàn)盡可能短（一般為20m以?xún)?nèi)），且信號(hào)線(xiàn)采用雙芯屏蔽，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線(xiàn)槽內(nèi)，周?chē)娮用舾性O(shè)備線(xiàn)路也要求屏蔽。④接地。接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。變頻器的接地方式有多點(diǎn)接地、一點(diǎn)接地及經(jīng)母線(xiàn)接地等幾種形式，要根據(jù)具體情況采用。⑤正確安裝。由于變頻器屬于精密的功率電力電子產(chǎn)品，其現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝的好壞也影響著變頻器的正常工作。正確的安裝可以確保變頻器安全和無(wú)故障運(yùn)行。變頻器對(duì)安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用手冊(cè)規(guī)定溫度范圍為最低溫度-10℃，最高溫度不超過(guò)50℃；變頻器的安裝海拔高度應(yīng)小于1000m，超過(guò)此規(guī)定應(yīng)降容使用；變頻器不能安裝在經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)的地方，對(duì)振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合，應(yīng)采用加橡膠墊等防振措施；不能安裝在電磁干擾源附近；不能安裝在有灰塵、腐蝕性氣體等空氣污染的環(huán)境；不能安裝在潮濕環(huán)境中，如潮濕管道下面，應(yīng)盡量采用密封柜式結(jié)構(gòu)，要確保變頻器通風(fēng)暢通。

3 變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的其他問(wèn)題

在變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用中要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。①在設(shè)備排列布置時(shí)，應(yīng)該注意將變頻器單獨(dú)布置，盡量減少可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾。在實(shí)際工程中，由于受到房屋面積的限制往往不可能有單獨(dú)布置的位置，應(yīng)盡量將容易受干擾的弱電控制設(shè)備與變頻器分開(kāi)，比如將動(dòng)力配電柜放在變頻器與控制設(shè)備之間。②變頻器電源輸入側(cè)可采用容量適宜的空氣開(kāi)關(guān)作為短路保護(hù)，但切記不可頻繁操作。由于變頻器內(nèi)部有大電容，其放電過(guò)程較為緩慢，頻繁操作將造成過(guò)電壓而損壞內(nèi)部元件。③控制變頻調(diào)速電機(jī)啟/停通常由變頻器自帶的控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，不要通過(guò)接觸器實(shí)現(xiàn)啟/停。否則，頻繁的操作可能損壞內(nèi)部元件。④盡量減少變頻器與控制系統(tǒng)不必要的連線(xiàn)，以避免傳導(dǎo)干擾。除了控制系統(tǒng)與變頻器之間必須的控制線(xiàn)外，其它如控制電源等應(yīng)分開(kāi)。由于控制系統(tǒng)及變頻器均需要24V直流電源，而生產(chǎn)廠(chǎng)家為了節(jié)省一個(gè)直流電源，往往用一個(gè)直流電源分兩路分別對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)供電，有時(shí)變頻器會(huì)通過(guò)直流電源對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，所以在設(shè)計(jì)中或訂貨時(shí)要特別加以說(shuō)明，要求用兩個(gè)直流電源分別對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)供電。⑤注意變頻器對(duì)電網(wǎng)的干擾。變頻器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，使電網(wǎng)波型嚴(yán)重畸變，可能造成電網(wǎng)電壓降很大、電網(wǎng)功率因數(shù)很低，大功率變頻器應(yīng)特別注意。解決的方法主要有采用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置以調(diào)節(jié)功率因數(shù)，同時(shí)可以根據(jù)具體情況在變頻器電源進(jìn)線(xiàn)側(cè)加電抗器以減少對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，而進(jìn)線(xiàn)電抗器可以由變頻器供應(yīng)商配套提供，但在訂貨時(shí)要加以說(shuō)明。⑥變頻器柜內(nèi)除本機(jī)專(zhuān)用的空氣開(kāi)關(guān)外，不宜安置其它操作性開(kāi)關(guān)電器，以免開(kāi)關(guān)噪聲入侵變頻器，造成誤動(dòng)作。⑦應(yīng)注意限制最低轉(zhuǎn)速。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)噪聲增大，電機(jī)冷卻能力下降，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大或滿(mǎn)載，可能燒毀電機(jī)。確需低速運(yùn)轉(zhuǎn)的高負(fù)荷變頻電機(jī)，應(yīng)考慮加大額定功率，或增加輔助的強(qiáng)風(fēng)冷卻。⑧注意防止發(fā)生共振現(xiàn)象。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機(jī)轉(zhuǎn)矩中含有脈動(dòng)分量，有可能造成電機(jī)的振動(dòng)與機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生共振，使設(shè)備出現(xiàn)故障。應(yīng)在預(yù)先找到負(fù)載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設(shè)置，躲開(kāi)共振頻率點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上通過(guò)對(duì)變頻器運(yùn)行過(guò)程中存在的干擾問(wèn)題的分析，提出了解決這些問(wèn)題的實(shí)際方法。隨著新技術(shù)和新理論不斷在變頻器上的應(yīng)用，變頻器應(yīng)用存在的這些問(wèn)題有望通過(guò)變頻器本身的功能和補(bǔ)償來(lái)解決。隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和社會(huì)環(huán)境對(duì)變頻器的要求不斷提高，滿(mǎn)足實(shí)際需要的真正“綠色”變頻器不久也會(huì)面世。