電子裝置電磁兼容研究在變頻器上的應用

范俊杰

（天地(常州)自動化股份有限公司，江蘇 213015）

隨著現(xiàn)代控制理論、計算機控制技術以及傳感器技術的發(fā)展和應用，我國電力電子技術領域正進行著一場變革，且已取得了一定的進步，基本實現(xiàn)了高頻、高速、高靈敏度以及多功能的技術目標?，F(xiàn)代化工業(yè)在不斷快速的發(fā)展，促使電子設備的密集度和復雜度是更加的密集，更加的復雜多變，其中電子裝置電磁兼容研究就被應用到了變頻器上。

變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備，它是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護等功能。

1 關于電子裝置電磁兼容研究

1.1 電磁兼容性定義

電磁兼容性就是設備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境下嚴格按照規(guī)定要求運行但并不對所處環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生強大電磁干擾的能力，它可以抗電磁干擾。電磁兼容性隱含了兩方面的要求，一是要求設備在正常運行過程中對所處環(huán)境造成的電磁干擾不能超過極限值；二是要求該環(huán)境中的任何設備要有一定的電磁敏感性，即對所處環(huán)境有一定的抗電磁干擾能力。

1.2 產(chǎn)生電磁干擾的原因

電子裝置的電磁干擾來源于兩處，即電子裝置本身產(chǎn)生電磁干擾和接受外界電磁干擾。其中電子裝置本身會產(chǎn)生電磁干擾有四方面的原因：（1）通常電子裝置的輸出信號多為脈動直流或非正弦電壓電流，而這兩種信號可以由相關各諧次的正弦函數(shù)信號疊加而成。電子裝置的整流電路輸出的電壓和方波電流通常都含有電網(wǎng)相關頻率f的基波信號，且它們又分別含有偶數(shù)倍和奇數(shù)倍頻率的高次諧波分量，這些都會對電磁干擾產(chǎn)生一定的影響；（2）在實際應用中，電子裝置的變速器會有一定的漏感，且其交流回路也存有些自感，阻止電流的變化是由電感實現(xiàn)的，確保電流換相不是瞬間完成的，而是有一定的變化過程，這就導致非正弦的電流輸出，產(chǎn)生了電磁干擾現(xiàn)象；（3）電子裝置中的直流電機運動進行換相時會產(chǎn)生電磁干擾脈沖，其也會導致電磁干擾的形成；（4）當電子裝置的線路布局不合理時，易形成回路電感和電容，加上外部電磁干擾，這些都是促使電磁干擾的因素。

1.3 抑制電磁干擾的方法

常用的抑制電磁干擾的方面有下面兩種：(1)加強電磁干擾源的抑制，如利用有源濾波器過濾排除電磁干擾信號；(2)促進抗電磁干擾能力的提高，便于抑制來自電源的電磁干擾信號。

2 電子裝置電磁兼容研究在變頻器上的應用狀況

2.1 變頻器的電子裝置電磁兼容設計

該設計是以實現(xiàn)抗干擾能力為設計思路，電路要實現(xiàn)抗干擾能力，得具備三要素：噪聲源、傳導路徑以及感受體，這三者是缺一不可的，少了其中任一要素都不能實現(xiàn)其抗干擾能力。那么在進行設計時要遵循一定的原則：

（1）盡量控制噪聲源的產(chǎn)生，加強元件的質(zhì)量控制，特別是當遇到三極管、二極管和光電耦合器等半導體元件以及電容器等時，我們要加強對它們的檢測，定期進行老化狀況檢驗，以及篩選出能夠適應高低溫環(huán)境的元件和電容器，防止元件和電容器的失效，便于阻止噪聲的影響。另外，變頻器很容易被破壞，因為它一般都含有場效應器件和電路，這些裝備極易損壞，造成噪聲的產(chǎn)生，這就要求在裝置它們時，要套上接地良好、防靜電的點手套，保護器件及元件被損壞。

（2）增強電路的抗噪聲干擾能力，降低電路的靈敏度，使電路對噪聲不要太敏感，并盡可能選擇合適的微處理器和建立含有外圍接口的電路。當前，許多變頻器的微處理器，即中央處理器（CPU），通常都含有極其豐富的接口，將小規(guī)模的邏輯芯片用可編程器件芯片代替，提高電路的抗干擾能力。在建立電路板時，要合理布局，如將具有相同或相近特性電氣的器件集中在一起，隔開特性不同的器件，同時避免不同電氣特性的元件和電路的相互耦合，減少電路的干擾。設計合理的接地線路，采取先分后合的設計思路，先設置三個獨立接地點，將不同性質(zhì)的電路分隔開，避免相互間的干擾，再將這三個接地點合并在另外一個接地上，大大提高抗干擾能力。還可以應用印制電路板多層技術或表面安裝技術。

（3）盡可能減少傳導路徑上噪聲訊號輸送量，減少變頻器導線上的傳輸時的干擾，抑制噪聲經(jīng)電源端的穿入，避免造成電路傳輸?shù)母蓴_。首先對控制電源進行抗干擾設計，變頻器的控制電源是一個緊湊密集的集裝箱，它是由CPU、接口電路、檢測保護電路和逆變模塊組成的驅(qū)動電源。那么我們要為控制電源進行抗干擾設計尋得最有效的方法，如濾波和屏蔽。開關電源已逐漸應用于變頻器中，它具有體積小、重量輕、效率高和抗干擾能力強等特點。當前我國生產(chǎn)的變頻器還是采用50HZ整流濾波方式的傳統(tǒng)控制電源，而控制電源變壓器的屏蔽是能最有效的抗干擾。常見的屏蔽方式，它不能高效抑制高頻差模噪聲，只能很好的抑制來自變壓器原邊的共模噪聲，而右圖能高效的抑制原邊共模噪聲和高頻差模噪聲。

2.2 電子裝置電磁兼容在變頻器上的應用

通常變頻器都是用來抗噪聲干擾，在應用中，電網(wǎng)電壓不對稱或連接變頻器電源上還連接有其他大功率的晶閘管變流器時，強噪聲干擾是無法避免的，那就要求加強變頻器自身抗干擾能力，還要在變頻器輸入端與電源之間連接輸入電抗器，以便阻止浪涌電壓，削弱不平衡的三相電壓，避免波形畸變的電壓對變頻器的影響，并減少變頻器對電網(wǎng)電路的影響。

對于連接變頻器和電機的電磁兼容器對輸出的高次諧波有削弱作用，并能夠減少電機的轉矩脈動，和防止電機升溫，還能避免因長期受PWM斬波浪涌電壓沖擊的電機的絕緣等級降低。通常涉及電抗器時，要保障變頻器的正常工作，還要考慮電抗器與電網(wǎng)和變頻器的容量，變頻器的引線長度，和外來抗干擾強度等等。

3 未來發(fā)展與展望

電子裝置電磁兼容在變頻器上的應用是比較常見的，本文對變頻器的電子裝置電磁兼容研究在變頻器上的應用狀況作了探討，主要是說明變頻器應用是為抗噪聲干擾設計的。在應用中致力于抗干擾的研究應用，我們要大力發(fā)展其他領域的應用，開創(chuàng)出更具特色，作用更強的應用領域，另外，我們要將現(xiàn)有的電子裝置電磁兼容技術和理論進行改進和完善，并開發(fā)出新的設計理念和方法，來滿足國際上苛刻嚴謹?shù)碾娮友b置電磁兼容技術標準和要求，使其應用到更多的領域中，而不僅僅應用在變頻器上。

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