變頻器干擾產(chǎn)生原因及解決方法

孫憲國(guó)（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司棒材廠第二軋鋼車間，山東萊蕪 271104）

變頻器干擾產(chǎn)生原因及解決方法

孫憲國(guó)
（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司棒材廠第二軋鋼車間，山東萊蕪 271104）

本文主要分析變頻器干擾的產(chǎn)生原因及危害，針對(duì)變頻器電磁干擾的嚴(yán)重性進(jìn)行研究，并探討如何有效抑制變頻器諧波對(duì)其它設(shè)備造成干擾以及抑制電磁輻射和變頻器諧波對(duì)設(shè)備造成干擾的解決方法。近幾年以來(lái)，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電力技術(shù)的快速發(fā)展，控制技術(shù)和交流傳動(dòng)已經(jīng)漸漸成為現(xiàn)階段發(fā)展最為迅速的技術(shù)，例如計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)取代了模擬控制技術(shù)及交流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)取代了直流調(diào)速，成為國(guó)內(nèi)主要發(fā)展的趨勢(shì)。而電子計(jì)算機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是目前改善工藝流程、節(jié)電以改善環(huán)境、提升產(chǎn)品質(zhì)量、進(jìn)一步推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的重要手段。

變頻器 干擾 產(chǎn)生原因 危害 措施

1　變頻器干擾產(chǎn)生的因素及危害

1.1變頻器干擾產(chǎn)生的因素

變頻調(diào)速憑借其優(yōu)異的起制動(dòng)和調(diào)速的性能、高功率因數(shù)、高效率、節(jié)電以及適用范圍廣和其它多種優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外廣泛的認(rèn)為其調(diào)速方式具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前途。但由于變頻器中一般使用了整流二極管、大功率IGBT及晶閘管開(kāi)關(guān)等多種非線性元器件，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，繼而對(duì)周圍電器正常運(yùn)行造成了干擾。變頻器在使用過(guò)程中產(chǎn)生的干擾主要有以下三種，即對(duì)電子通信設(shè)備和電子設(shè)備、無(wú)線電等產(chǎn)生的干擾。對(duì)無(wú)線電和通信設(shè)備等產(chǎn)生的干擾主要是放射干擾，對(duì)自動(dòng)控制裝置和計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾為感應(yīng)干擾。一旦變頻器干擾的問(wèn)題沒(méi)有采取合理的方法解決，不僅系統(tǒng)難以正常運(yùn)行，而且會(huì)間接影響到其他電氣設(shè)備、電子正常運(yùn)行的工作。因此，目前主要的問(wèn)題是如何對(duì)變頻器應(yīng)用系統(tǒng)的干擾問(wèn)題進(jìn)行研究。

1.2變頻器干擾產(chǎn)生的危害

變頻器中一般采用整流二極管或晶閘管等非線性整流器件，其產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)將產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，造成電壓電網(wǎng)畸變（總諧波電壓畸變率采用THDV表示，變頻器產(chǎn)生諧波的電壓畸變率通常在20% 至40%之間），對(duì)電網(wǎng)的供電質(zhì)量構(gòu)成影響。變頻器干擾產(chǎn)生的危害主要有以下五點(diǎn)，①變頻器產(chǎn)生的諧波會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振或串聯(lián)，繼而放大諧波；②產(chǎn)生的諧波會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中的電器元件發(fā)生附加的損耗，從而降低了用電設(shè)備及輸變電的效率；③電磁輻射干擾或者諧波會(huì)引起繼電器保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，導(dǎo)致電氣儀表計(jì)量準(zhǔn)確率過(guò)低，甚至難以正常的工作。④諧波能借助電網(wǎng)傳導(dǎo)到其它的用電器（在電路中消耗大量電能的裝置），導(dǎo)致很多的電氣設(shè)備無(wú)法正常工作，例如變頻器產(chǎn)生的諧波會(huì)使變壓器發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，使變壓器局部過(guò)熱、絕緣老化，甚至縮短其使用的壽命、損壞；還會(huì)干擾電器設(shè)備硬件或者內(nèi)部軟件，使其無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2　控制變頻器干擾的解決方法

2.1抑制變頻器諧波對(duì)其它設(shè)備造成干擾的解決方法

為了大幅度減少變頻器工作中對(duì)外設(shè)備造成的影響，主要有以下方法：①針對(duì)輸出電抗器：主要采用在變頻器至電動(dòng)機(jī)之間提升交流電抗器的方式，其目的是在能量傳輸過(guò)程中減少線路中產(chǎn)生的電磁輻射以及變頻器的輸出；②針對(duì)增加直流/交流電抗器：主要采用交流/直流電抗器后，進(jìn)線電流的電壓畸變率降低了40%至50%，幾乎是不加電抗器諧波電流的50%左右；③針對(duì)多相脈沖整流：在具備相應(yīng)的條件情況下或要求諧波限制在比較小的情況下，能應(yīng)用多相整流的方法來(lái)解決諧波對(duì)其它設(shè)備造成的干擾。其缺點(diǎn)是需要專用的整流器和變壓器，不利于改造設(shè)備，其產(chǎn)生的價(jià)格比較高。

2.2抑制電磁輻射和變頻器諧波對(duì)設(shè)備造成干擾的解決方法

以上所闡述的方法主要是減少變頻器工作的時(shí)候?qū)ν庠O(shè)備造成的影響，但不是消除變頻器的對(duì)外干擾，在變頻器（不同的品牌產(chǎn)生的干擾程度也有差異性）干擾比較重的場(chǎng)合過(guò)程中，常用的方法主要有以下三種，首先，應(yīng)用濾波模塊或者組件：如今，市面上有多種專門的抗傳導(dǎo)干擾濾波器模塊或者相應(yīng)的組件，其具有比較強(qiáng)的抗干擾性能，還能有效預(yù)防用電器本身的干擾傳導(dǎo)給電源；其次，應(yīng)用具備開(kāi)關(guān)電源的儀表等多種低壓設(shè)備：普遍開(kāi)關(guān)電源的抗電源傳導(dǎo)干擾的性能都較強(qiáng)，主要是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)內(nèi)部中絕大多數(shù)也應(yīng)用了相關(guān)的濾波器。因此，在選用控制用電器的時(shí)候或者選用控制系統(tǒng)的電源設(shè)備，盡可能選用具備開(kāi)關(guān)電源類型的；最后，從做好信號(hào)線的抗干擾來(lái)看：信號(hào)線主要承擔(dān)著控制信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)娜蝿?wù)，信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和可靠性有直接的關(guān)系。因此，相關(guān)研究人員需要重視信號(hào)線抗干擾的問(wèn)題。信號(hào)線上的干擾主要是電磁輻射，主要有共模干擾和常態(tài)干擾這兩種。

（1）共模干擾。共模干擾主要是信號(hào)線上所共有的干擾信號(hào)，普遍是由于控制系統(tǒng)的接地端和被測(cè)信號(hào)的接地端存有電位差所造成的，這種干擾在兩條信號(hào)線的幅值、周期基本相等，因此，選用以上的方法難以抑制或者消除。主要抑制共模干擾的方法有三種：①選用光電隔離的方式，能很好的消除共模干擾；②選用屏蔽線的時(shí)候，如果兩端接地，很容易產(chǎn)生干擾，所以采用一端接地的方法可有效抑制干擾；③選用雙差分輸入的差動(dòng)放大器，其具備較高的共模抑制比；②將輸人線絞合，能有效降低共模干擾，因?yàn)橹饕淖兞藢?dǎo)線電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，繼而讓其感應(yīng)相互抵消。

（2）常態(tài)干擾。常態(tài)干擾指疊加在測(cè)量信號(hào)線上產(chǎn)生的干擾信號(hào)，其多為頻率較高的交變信號(hào)，其主要的來(lái)源往往是耦合干擾（電磁能量借助多種途徑的耦合而成的干擾）。抑制的方法有：①盡可能選用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，其是把模擬信號(hào)（電流或電壓的形式）轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，因此能有效消除高頻的干擾；②把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電流信號(hào)再傳輸，這種方式能十分有效的抑制常態(tài)干擾。因此針對(duì)不同的干擾因素，需要采用相應(yīng)的對(duì)策，來(lái)抑制變頻器干擾。

3　結(jié)語(yǔ)

采用變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，由于其具有調(diào)節(jié)便捷、網(wǎng)絡(luò)化、節(jié)能效果顯著、維護(hù)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單等多種優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。但由于變頻器較為特殊的工作方式，所帶來(lái)的干擾問(wèn)題值得相關(guān)研究人員進(jìn)一步研討，不容忽視。

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