变频器应用中的干扰及抑制措施初探

变频器应用中的干扰及抑制措施初探

韩业

韩业

湖南新龙矿业有限责任公司湖南邵阳422000

摘要：变频器的应用，极大的提高了电气设备的工作效率和质量，减少了启动电流及对电网的冲击，有助于电力资源的节约，所以变频器在相关领域中有着普遍应用。但是，在实际应用过程中发现，变频器容易受到周边各类因素的干扰，而导致其出现故障或其它问题，所以本文将对干扰因素进行分析，并以此来制定切实的抑制措施。

关键词：变频器；干扰；抑制措施

引言：在工业以及自动化控制方面，由于变频器具有较宽的调速范围以及使用方面等优势，使得变频器在其中得到广泛的应用。但是对于变频器来讲，变频器的运行极大的影响了周边设备的正常运行，从而导致各类故障问题的出现，甚至对电力系统的正常工作埋下安全隐患，对变频器的运行存在极大的不利影响。因此，掌握变频器应用中的干扰问题，并制定有针对性的抑制措施是十分重要的。

一、变频器的功能及应用

通常来讲，微处理单元、控制电路、驱动电路、检测及保护电路、外部I/O电路等是变频器主要的组成部分。同时，由于变频器具有节能以及调节速度等特点，使得其在工业以及自动化控制领域得到广泛的应用。同时，变频器由整流电路把输进的三相交流转换为直流电，再由控制电路发出调速指令指挥驱动电路控制逆变器的输出转换，再将直流电流转换成三相频率及电压可变的交流。如果变频器的干扰问题解决不好，会影响其可靠性和其他设备的正常工作。因此抵消或减小变频器的干扰问题很重要，对变频器的干扰有:电磁辐射、谐波干扰、感应耦合、传导过程等途径。想要抑制干扰就应从这几方面为重点进行具体的分析。

二、分析变频器的干扰因素

变频器工作时会产生大功率的谐波，对自身和周边设备有干扰性，一般分为：电磁辐射、谐波干扰、感应耦合、传导过程等。

1、电磁辐射

其中，变频器的逆变器主要采用PWM技术，当切换开关时，会导致高次频波群的出现，引发辐射干扰。同时，如缝隙或孔洞在变频器金属外壳中出现，则电磁波会以空气为介质而向外传播，导致变频器难以在正常的环境下工作，从而使得变频器的控制信号以及检测信号会因此出现紊乱，从而导致相关设备的工作受到影响。另外，如金属物体在辐射场中出现，则可能会导致二次辐射的出现，变频器外的其它部件或装置的辐射会干扰变频器的工作。

2、谐波干扰

变频器谐波是变频器运行过程中，需要对输入电源用大功率二极管整流（或晶体管/逆变模块）进行逆变；在其逆变过程中，在输入输出回路产生的高次谐波；变频器谐波对供电系统、负载及其他邻近电气设备产生干扰，从而导致相关设备难以正常工作。在供电设备和电缆中高次谐波电流可以通过向空间辐射来干扰附近电气设备的正常使用。高次谐波电流使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，会使输变电和设备的工作效率降低。谐波能引起电网串联或并联谐振，让谐波自身放大，谐波可以通过电网影响到其他的用电器，使电器出现绝缘老化、局部过热、寿命缩短，可能还会干扰电器的内部元件。对电容量大的系统变频器的影响很小，但对电容量小的系统来说谐波干扰是很重要的。谐波干扰继电器，会使仪表无法正确显示数值，从而影响操作人员对机器状态的误判，影响正常工作。变频器在运行中产生的高次谐波会对电网产生影响，使电网波形产生变化，根据具体情况在电源进线端和接负载侧同时采取加装电抗滤波器，从而影响电网的传输效率。避免此类影响的方法是采用无功功率补偿装置以调节功率因数。

3、感应耦合

感应耦合是基于电磁感应原理,频率较低,传输距离短,效率高的特点。变频器工作时，电磁干扰通过导线进行干扰，形成耦合现象，从而干扰电流或电压的输出，影响机器的正常使用。干扰的耦合方式有通过导线、空间、公共线等作用在电控系统上的。直接耦合是干扰信号通过导线直接进入系统形成的干扰，可采用滤波去耦的方式抑制电磁干扰信号的传入。公共阻抗耦合常发生在两个电路的电流有共同通路的情况，耦合应使耦合阻抗趋近于零、使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。感应耦合由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。电容耦合是由于电容的存在而产生的一种电磁感应耦合，又称磁场耦合。

4、干扰信号的传导

电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射。它的传导路径很远。发电厂的低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络，最终进入居民家中，从而使居民家用电器也受到变频器的干扰。屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。使用屏蔽电缆削弱电磁感应和静电感应，将控制线、信号线与电源线分开，应尽量把变频器封闭在金属壳内，金属外壳平稳的放在地面，减少电磁波对其他设备的干扰。变频器采用了高性能的微处理器等集成电路，其他电磁干扰会对变频器的参数影响，其他干扰通过从变频器控制电缆侵入，安装电缆时应模拟量控制线路必须使用屏蔽线，屏蔽层，靠近变频器一端应接控制电路的公共端。

三、研究变频器抗干扰的措施

据电磁性的基本原理,形成电磁干扰(EMI)须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰,可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中,硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施,一般从抗和防两方面入手来抑制干扰,其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

1、隔离

在实际的工程中,设备的布置时,应尽量将变频器单独布置,尽量将变频器产生的电磁干扰排除,往往由于受房间面积的限制,不可能有单独布置的位置,应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开,比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间以减少干扰。

2、滤波

变频器在运行中产生的高次谐波会对电网产生影响,使电网波形严重畸变,可能造成电网压降很大。电网功率因数较低,大功率的变频器应特别的注意。一般的解决方法主要采用无功功率补偿装置,提高功率因数,同时根据具体情况。在电源进线端和接负载侧同时采取加装电抗滤波器,应尽量减少对电网的影响。

3、屏蔽

应尽量采取把变频器全封闭在金属壳内,金属外壳可靠的接地,以减少通过空间对外辐射电磁波,降低对其他设备的干扰,特别是对电子线路和设备的干扰。另一方面,变频器采用了高性能的微处理器等集成电路。对外来的电磁干扰较敏感,会因电磁干扰的影响产生错误,对运行造成恶劣影响。外来的干扰通过从变频器控制电缆为媒介的途径侵入,所以在铺设电缆时必须采取充分的抗干扰措施。通常采取的措施为:模拟量控制线路必须使用屏蔽线,屏蔽层。靠近变频器一端应接控制电路的公共端,而不应接在变频器的接地(E)或大地,屏蔽层的另一端悬空。

4、接地

变频器的接地端应与大地良好的连接,当变频器和其他设备或多台变频器一起接地时,每台设备应单独与地连接,而不允许将一台设备的接地端和另一台的接地端连接后再接地,以减少空间的辐射和设备之间的相互干扰,使设备正常运行。

结语：总之，为了保证变频器具有可靠的工作状态，便要求相关人员积极分析变频器在应用过程中的干扰因素，并以此来制定有关抑制措施。与此同时，随着现代化科学技术水平的不断提升，通过现代化技术，变频器的制造厂商可以以此来提升设计水平，并设计出更好的抗干扰措施，在提升变频器工作性能的同时，使得设备受到干扰及本身对周边设备的影响越来越小，最大限度的保证变频器及其他设备工作的稳定性。所以，积极对变频器应用中的干扰进行研究，提升变频器的抑制干扰能力，对于推动变频器的应用有着重要的意义。

参考文献：

[1]冯昊.变频器应用中的干扰与抗干扰措施分析[J].科技资讯.2015(09)

[2]靖斌.变频器干扰表现及抗干扰措施[J].劳动保障世界(理论版).2013(06)