張 宏

（大慶鉆探工程公司鉆井四公司，吉林松原 138000）

0 引言

面對電氣設備集成化的整體趨勢，變頻器運行過程中受到電磁干擾的概率越來越高，要想保證變頻器的運行可靠性，避免與電氣設備互相干擾，必須準確根據變頻器電磁干擾問題的實際情況，對變頻器受到干擾的具體原因做出準確判斷，同時采取針對性的防范策略。因此，對于變頻器電磁干擾成因分析與解決策略的研究十分必要。

1 變頻器工作原理

變頻器作為以改變電機工作電源頻率方式、實現節(jié)能控制為主要功能的交流電機控制設備，通常是由整流器、濾波器、逆變器、制動單元、驅動單元、檢測單位元等部分構成[1]。從運行原理分析，逆變器可以分為逆變與U/f 控制兩部分，其中逆變是指將直流電轉換為交流電，根據變頻器中采用的直流原件不同，可具體劃分為電壓型逆變與電流型逆變兩種。電壓型逆變通常為串聯負載供電，被稱為串聯諧振逆變器，變頻器運行過程中逆變器與電機直接相連，將電壓的直流電轉變?yōu)榻涣麟?，并以電容作為直流回路的濾波；電流型逆變器通常為并聯負載供電，被稱為并聯諧振逆變器，能夠將電源的直流電轉變?yōu)榻涣麟?。而U/f 控制則是主要是對電源頻率進行調控，并借此改變電機的輸出電壓，解決運行過程中可能出現的功率、效率不穩(wěn)定問題。在變頻器與電機運行過程中，電機輸入到變頻器中的電流會首先經過整流電路與平波，由整流器將交流電轉換為電壓平滑的直流電，之后再經過逆變電路，由逆變器將輸入的直流電壓轉變?yōu)槊}寬調制電壓，并借助不同寬度的脈沖電壓來驅動電機運行，使電機力矩、速度能夠具有可調節(jié)性。

2 變頻器電磁干擾成因

2.1 諧波干擾

變頻器的電磁干擾問題與其運行原理直接相關，而諧波干擾作為電干擾問題中的一種，其成因主要集中在整流電路領域。在變頻器運行過程中，整流器雖然能夠將交流電轉換為直流電，但整流電路卻不可避免地產生諧波電流，如果不能對這種諧波電流進行有效處理，那么供電系統阻抗上就會出現電壓降，使電壓波形發(fā)生正弦波頂部變平等畸變，而電壓波形畸變則會使同電網內電氣設備的運行受到干擾，出現誤動作等問題。需要注意的是，由于諧波干擾是變頻器在對供電系統產生影響后，再間接影響到同電網內的電氣設備，因此其對電氣設備運行的干擾與設備、變頻器間的距離無關，只要電氣設備與變頻器處于同一個電網，就都會受到不同程度的影響[2]。

2.2 射頻傳導干擾

在脈沖狀負載電壓的影響下，進入變頻器中的電網電流通常呈現出脈沖狀，同時含有較多的高頻成分，這種高頻成分的電流傳輸至整個電網后，與變頻器處于同一電網下的各類電氣設備也會受到射頻干擾。

2.3 射頻輻射干擾

射頻輻射干擾與射頻傳導干擾均屬于射頻干擾中的一種，但其干擾原因與過程卻完全不同，并非是因電網輸入的含有高頻成分電流所導致，而是集中在變頻器的輸入、輸出電纜方面。在變頻器運行過程中，由于其輸入、輸出電流本身與天線比較類似，電纜傳輸的脈沖調制電壓同樣含有很多高頻成分，因此電纜傳輸脈沖調制電壓時，通常會產生一定的電磁波輻射，并干擾周邊電磁設備。不同于其他干擾問題的是，導致射頻輻射干擾的電磁波源于電纜，其干擾影響往往與電氣設備、變頻器間的距離直接相關，設備距離變頻器越近、受到的干擾越嚴重[3]。

3 變頻器電磁干擾解決對策

3.1 正確接地

目前變頻器電磁干擾問題的解決措施雖然有很多，但其中最為關鍵的仍然是變頻器的正確接地，正確接地不僅能夠降低變頻器對外部電氣設備干擾，同時還能有效抑制來自于電氣設備的外部干擾，保證變頻器可靠、穩(wěn)定運行，對電磁干擾的預防效果十分突出。具體措施：變頻器接地時需要與其他設備分開，選擇與其他弱電設備保持一定距離的合適位置作為接地點，并單獨打地極，待確定接地位置并打好地極后再按規(guī)定選擇合適的接地導線。接地導線的選擇標準通常是根據實際情況而定，但導線截面積與長度應分別控制在4 mm2與20 m 以上，接地PE或E、G 的接地電阻則必須控制在4 Ω 以下，并在與外殼連接后接地[4]。另外，為降低電氣設備所可能受到的干擾，同樣還需將其他機電設備保護接地、工作接地以及控制信號、主電路導線屏蔽分開接地，在設置單獨接地極后統一匯入配電柜電氣接地點。

3.2 合理布線

在對變頻器電磁干擾的預防中，變頻器輸入、輸出線的合理布設十分重要。具體措施：線路布設時首先應將變頻器輸入、輸出線與其他設備的線路明確區(qū)分開來，并在走線設計階段盡可能拉開變頻器線路與其他電氣設備線路間的距離，盡可能降低因線路交叉等情況導致的電磁干擾。例如某公司水泵節(jié)能改造項目中，安裝后調試階段發(fā)現2000 kW 功率變頻器運轉時，出現壓力傳感器信號受干擾、車間變壓器裝置誤動作等異?，F象，且時常會導致傳感器測量值偏差、閥門因壓力過高（誤判斷）而自動關閉、誤動跳閘、誤報警等問題。經全面檢查后發(fā)現，變頻器運行與關閉時，壓力傳感器的記錄曲線變化較大，說明傳感器在變頻器運行過程中感應到了較強的干擾信號，同時變頻器線路的布設比較混亂，判斷其故障原因為變頻器功率較大，且控制線與動力線距離過近。對此，決定對變頻器所有控制線、動力線采用電纜架橋敷設，并套上鍍鋅鋼管，將動力線與控制線間的距離拉開，最終將電磁干擾完全排除。另外，還要注意對變頻器線路與周邊其他電氣設備線路走向進行調整，盡可能避免電氣設備信號線、電源線與變頻器線路平行，如同一區(qū)域內采用了多臺變頻器設備，則需要保證每臺變頻器單獨與接地線連接，不可將多個變頻器的接地端相連，對于安裝過程中未發(fā)現接地線的情況，應將變頻器接地端懸空，以免出現接地端與零線相連的情況，造成不必要的強干擾。

3.3 載波頻率調節(jié)

在變頻器全部安裝完畢并投入運行后，由于變頻器電磁干擾問題與其載波頻率有一定的關系，如發(fā)現電磁干擾問題，可以先利用變頻器載波頻率可調節(jié)的性能特點，在人機交互界面上將設備載波頻率調至相對較低的范圍，之后觀察電氣設備與變頻器的運行情況。這種方法有時能夠解決電磁干擾問題，但應用效果并不穩(wěn)定，如調低載波頻率后電磁干擾問題仍未得到緩解，還需應用其他方法。

3.4 干擾源屏蔽

在預防變頻器電磁干擾時，由于部分電磁干擾的強度與變頻器、電氣設備間的距離相關，因此為避免此類電磁干擾問題的發(fā)生，采取干擾源屏蔽措施，將干擾源與外界隔離，以降低或消除其干擾影響。例如某工廠電機有時會出現無法正常關停的情況，且故障檢查時確定屏蔽層接地正確、良好，調節(jié)載波頻率后異常情況并未得到改善，后經全面檢查發(fā)現，異常情況是由安裝變頻器的配電柜與配電室距離過近導致，配電室有大電流流過后，形成較強的磁場，使變頻器有時無法有效接收關停信號。由于配電柜缺少合適的轉移位置，很難將配電室與配電柜間的距離拉開，為此，決定在變頻器外部安裝專門的鐵殼作為干擾屏蔽裝置，同時用鋼管將變頻器線路與外界隔絕，并加裝DFC 抗干擾磁環(huán)，用以屏蔽配電室內磁場形成的干擾源，最終使變頻器恢復至可以正常啟閉、運行狀態(tài)[5]。

3.5 電源線隔離

除設備與線路外部的干擾源屏蔽外，還可以通過電源線隔離的方式，將干擾源與易受干擾電氣設備的線路分割開來，避免其發(fā)生電的聯系，從而實現對傳導干擾的有效預防。例如對電源、控制器、變送器等放大器電路之間的電源線，可以安裝專用的噪聲隔離變壓器，將幾個裝置的電源線有效隔離。

3.6 濾波器設置

在變頻器設備運行過程中，由于變頻器通常以電源線為通道，將干擾信號傳輸至電源、電機，使運行受到干擾，因此為實現對變頻器電磁干擾的有效預防，通常將不同類型的濾波器分別安裝變頻器的輸入與輸出側，以抑制干擾信號從電源線的傳輸。例如在變頻器輸入側，如輸入線路與變送器、控制器等敏感電子設備相連接，應選擇合適的位置安裝線路濾波器或輻射濾波器（具體位置根據濾波器類型而定），通過增大線路高頻下阻抗、吸收高頻率諧波等方式來抑制干擾信號。而在變頻器的輸出側，則可以安裝專門的輸出濾波器，以削弱電流中的高諧波成分、降低電機附加轉矩。以某車間的變頻器安裝施工為例：該車間共安裝了8 臺較低功率變頻器以及1 臺較高功率變頻器，且將高功率變頻器與另一臺低功率變頻器共同安裝在1 臺1000 kV·A 車間變壓器供電的380 V 母線上，變頻器調速由PLC 控制，安裝調試階段發(fā)現所有低功率變頻器均可正常運行，但高功率變頻器運行時，周邊電氣設備卻頻繁出現誤動作等情況，受電磁干擾較為嚴重。經過全面檢查與故障分析后發(fā)現，高功率變頻器與低功率變頻器的結構設計存在一定差異，低功率變頻器輸入端有內置的RFI 濾波器，高功率變頻器輸入端沒有內置濾波器，因此電磁干擾問題僅出現在高功率變頻器運行時。對此，在2000 kW變頻器輸入端增設1 臺變頻器專用FT330-400 型輸入濾波器后，周邊電氣設備恢復正常運行。

3.7 電抗器運用

在變頻器運行過程中，由于其輸入電流中的很大一部分均為5 次、7 次諧波等低頻諧波成分，不僅會消耗大量無功功率，降低輸入線路功率，同時還會使電氣設備的運行受到干擾，因此保證電氣設備與變頻器的有效運行，解決電磁干擾問題，還需要將電抗器串入變頻器輸入電路，抑制輸入電流中的低諧波電流。具體措施：可以根據電抗器接線位置的不同，將其分為交流電抗器與直流電抗器兩種。一般來說，如變頻器對于功率方面要求較高，或存在周圍空間相對狹小等問題，可選擇在整流橋與濾波電容器之間安裝體積較小的直流電抗器，以實現對功率的最大化提升（直流電抗器通常可將功率提升至0.95）。如需解決浪涌電流問題或整流器的電源、電壓問題，則可以在電源與變頻器輸入側之間，以發(fā)揮其削弱浪涌電流沖擊、抑制諧波電流、提升電流、電壓平衡性等功能。

4 結束語

變頻器與電氣設備互相干擾的問題雖然比較復雜，但在變頻器的實際應用中，只要了解變頻器運行原理及各類型干擾的成因，并根據實際情況正確運用正確接地、合理布線、干擾源屏蔽、電抗器運用等抗干擾措施，干擾問題仍然能夠得到有效解決，使變頻器與電氣設備的正常運行得到保障。