歐陽(yáng)曉晨

【摘要】變頻器技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但變頻系統(tǒng)的電磁干擾比較嚴(yán)重。本文主要介紹變頻器應(yīng)用系統(tǒng)中電磁干擾產(chǎn)生的來(lái)源、傳播途徑及其一直干擾的具體措施，對(duì)比傳統(tǒng)的方案，從源頭采用新材料，新技術(shù)，通過(guò)阻抗頻率特性的原理，從根本上解決干擾問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】共模軛流;變頻;電磁干擾

一、引言

電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境，但變頻系統(tǒng)的應(yīng)用同時(shí)也帶來(lái)比較嚴(yán)重的電磁干擾，相應(yīng)的抗干擾技術(shù)變的更加重要。變頻系統(tǒng)的干擾有時(shí)能直接造成系統(tǒng)的硬件損壞，或者使微處理器的系統(tǒng)程序運(yùn)行失控，造成設(shè)備和生產(chǎn)事故。

二、主要電磁干擾源分析

電磁干擾（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。變頻器的整流電路對(duì)電網(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，共模電壓的為輸出每相相電壓之間的函數(shù)關(guān)系，共模電壓與輸出相電壓有極大關(guān)系，因變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)工作，當(dāng)其工作于高速開(kāi)關(guān)切換（△u/△t）時(shí)，變頻器的開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生大量噪聲，通過(guò)耦合、傳導(dǎo)、輻射等方式在整個(gè)系統(tǒng)中潰散。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)電磁干撫源。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。產(chǎn)生共模電流有三個(gè)原因：

1.外界電磁場(chǎng)在電纜中所有導(dǎo)線(xiàn)上感應(yīng)出來(lái)的電壓（這個(gè)電壓相對(duì)于大地是幅值相同相位相同），產(chǎn)生共模電流。

2.電纜兩端的設(shè)備所接的地電位不同，地電位的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生電流。

3.設(shè)備上的電纜與大地之間的電位差，電纜上會(huì)有共模電流。

當(dāng)電路不平衡時(shí)，共模電流會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅ｋ娏鳎瑢?duì)電路直接產(chǎn)生干擾影響。差模電流流過(guò)電路中的導(dǎo)線(xiàn)環(huán)路時(shí)，引起差模輻射，向空間輻射或接收磁場(chǎng)，必須限制環(huán)路的大小和面積。

三、電磁干擾傳播方式

變頻器能產(chǎn)生功率較大的譜波，對(duì)系統(tǒng)其他設(shè)備干擾性較強(qiáng)，干擾途徑主要分以下三種傳播方式。

1.電路傳導(dǎo)是通過(guò)阻抗耦合或接地回路耦合將干擾傳入其他電路。傳播途徑：接自工業(yè)低壓網(wǎng)絡(luò)的變頻器所產(chǎn)生的干擾信號(hào)將沿著配電變壓器進(jìn)入中壓網(wǎng)絡(luò)，并沿著其它的配電變壓器最終又進(jìn)入民用低壓配電網(wǎng)絡(luò)，使接自民用配電母線(xiàn)的電氣設(shè)備成為遠(yuǎn)程的受害者。

2.電磁輻射是以電磁波方式向空中輻射，變頻器如果不是處在一個(gè)全封閉的金屬外殼內(nèi)，可以通過(guò)空間向外輻射電磁液。其輻射場(chǎng)強(qiáng)取決于干擾源的電流強(qiáng)度、裝置的等效輻射陽(yáng)抗以及干擾源的發(fā)射頻率。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負(fù)載，產(chǎn)生的諧波對(duì)接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。

3.感應(yīng)耦合是介于輻射與電路傳導(dǎo)之間的第三條傳播路徑。當(dāng)干擾源的頻率較低時(shí)，干擾的電磁波輻射能力相當(dāng)有限，而該干擾源又不直接與其他導(dǎo)體連接，但此時(shí)的電磁干擾能量可以通過(guò)變頻器的輸入、輸出導(dǎo)線(xiàn)與其相鄰的其他導(dǎo)線(xiàn)或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)耦合，在鄰近導(dǎo)線(xiàn)或?qū)w內(nèi)感應(yīng)出干擾電流或電壓。

四、抗電磁干擾的措施

根據(jù)電磁性的基本原理，形成電磁干擾須具備電磁干擾源、電磁干擾傳播途徑、對(duì)電磁干擾敏感的系統(tǒng)等三個(gè)要素，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

1.隔離。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電路傳導(dǎo)干擾，電源隔離變壓器可應(yīng)用噪聲隔離變壓器。

2.濾波。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，以免電路傳導(dǎo)干擾。

3.屏蔽。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)用鋼管屏蔽，特別是以外部信號(hào)控制變頻器時(shí)，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，不放于同一配管或線(xiàn)槽內(nèi)，周?chē)娮用舾性O(shè)備線(xiàn)路同時(shí)屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

4.接地。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。

5.共模扼流模塊。電流流通總是沿著阻抗最低的方向流通，對(duì)于系統(tǒng)中的共模干擾形成電流也是同樣沿著阻抗最小的方向流通，共模電流流通的四條路徑，在產(chǎn)生源頭設(shè)置安裝共模扼流模塊，濾除諧波噪聲。只需管控扼流模塊的尺寸和溫度即可以安裝使用，實(shí)現(xiàn)消除諧波實(shí)現(xiàn)抗干擾的功能，且免維護(hù)。實(shí)際中安裝，僅需要安裝固定在輸入和輸出三相電纜上即可實(shí)現(xiàn)功能。共模扼流模塊它具有1KHz～120MHz的阻抗，當(dāng)頻率越高，所對(duì)應(yīng)的阻抗越高，那么對(duì)相應(yīng)的濾除諧波的效果更好。它通過(guò)電磁感應(yīng)原理，變頻器中產(chǎn)生的高頻△u/△t通過(guò)輻射、傳導(dǎo)、耦合寄生在系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)電纜等導(dǎo)體傳輸產(chǎn)生高頻的電壓，高頻的電壓產(chǎn)生高頻的共模電流，通過(guò)麥克斯韋方程組，變化的電流產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)在共模扼流模塊中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。產(chǎn)生的磁場(chǎng)后，磁化相位滯后，磁芯磁化或反磁化的過(guò)程中，磁化狀態(tài)并不是隨磁化強(qiáng)度變化而立即變化，有個(gè)滯后時(shí)間，滯后效應(yīng)便是引起剩余損耗;變化的磁場(chǎng)在工作時(shí)會(huì)形成磁滯伸縮，模塊中產(chǎn)生磁滯損耗;電流在磁場(chǎng)中形成渦流效應(yīng)，產(chǎn)生渦流損耗;這三者之和即為模塊損耗，通過(guò)損耗發(fā)熱，達(dá)到消除諧波實(shí)現(xiàn)抗干擾的功能。通過(guò)實(shí)際中測(cè)試諧波大小，加裝共模扼流模塊，諧波各個(gè)頻段都明顯下降，共模電流值由13.8A降低到4.9A，改善64.5%，大大降低了共模干擾的危害。

五、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比5種抗干擾方案，共模扼流模塊在變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的抗干擾的應(yīng)用中，效果最為顯著，提高整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低維護(hù)成本，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，保障整個(gè)生產(chǎn)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)分析石油化工中的變頻調(diào)速系統(tǒng)中存在的干擾源，提出通過(guò)設(shè)計(jì)設(shè)置抗干擾環(huán)節(jié)，注意安裝工藝等實(shí)際方法，克服和抑制各種干擾。隨著變頻器抗干擾技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、社會(huì)環(huán)境對(duì)變頻器的要求不斷提高，變頻器的干擾和抗干擾問(wèn)題可通過(guò)新材料，新方案得到了很大程度的解決。