工業變頻器的干擾與抑制

隨著變頻器被廣泛應用于工業控制領域，變頻器的電磁干擾也隨之而來。

加熱系統中，變頻器驅動異步電動機所構成的變頻調速系統因其具有顯著的節能效果、較高的控制精度和較寬的調速范圍、能適應惡劣的環境、便于使用和維護以及易于實現自動控制等性能而得到了廣泛應用。隨著變頻器被廣泛應用于工業控制領域，變頻器的電磁干擾（簡稱EMI，electromagnetic interference）也隨之而來。在實際應用中，許多設計忽略了變頻器對周圍電器的干擾及其受到的干擾問題的存在和處理，致使其系統不但無法可靠運行，還會影響其他設備的正常工作。本文研究重點探討工業變頻器電磁干擾及其抑制。

變頻器干擾的傳播途徑及對策

通常，變頻器在實際使用中會出現一些問題，即變頻器、電動機、配線及外圍設備之間的電氣干擾問題。相對于變頻器來說，這種電氣干擾包括兩個方面。（1）外部干擾。由于變頻器的控制信號是弱電信號，因此外圍設備的電磁噪聲會干擾這種弱電信號，引起變頻器產生誤動作。（2）內部干擾。由于使用變頻器而產生的電磁噪聲、泄漏電流和高次諧波對外圍設備也會產生干擾，造成外圍設備誤動作甚至受到損害。

變頻器的工作原理決定了它會產生一定的干擾，從而可能給設備或系統帶來EMC（簡稱電磁兼容）問題，變頻器作為電子設備，也會受到外部電磁干擾的影響。

漏電流接地回路

外圍設備通過變頻器的布線構成閉合回路時，變頻器接地線漏電流會使設備產生誤動作。此時若設備不接地，會減少誤動作。

電源線傳播

當外圍設備和變頻器共用同一電源時，變頻器產生的干擾逆電源線傳播，會使同一系統中的其它設備誤動作。可采取下列措施：

（1）變頻器的輸入端安裝EMI濾波器或鐵氧體共模濾波器（磁環）；（2）將其它設備用隔離變壓器或電源濾波器進行噪聲隔離。

電機線輻射

測量儀表、無線電裝置、傳感器等微弱信號的設備或信號線，和變頻器裝于同一柜子里，且布線很近時，容易受空氣干擾產生誤動作，需采取以下對策：

（1）容易受影響的設備和信號線，應盡量遠離變頻器安裝。信號線應使用屏蔽線，屏蔽層接地，信號線電纜套入金屬管中，并應盡量遠離變頻器和變頻器輸入/輸出線。如果信號電纜必須穿越動力電纜，則兩者之間需保持垂直；

（2）在變頻器輸入/輸出側分別安裝EMI濾波器或鐵氧體共模濾波器（磁環）；

（3）電機電纜線應放置于較大厚度的屏障中，如置于較大厚度（2mm以上）的管道或埋入水泥槽中。動力線套入金屬管中，并屏蔽接地（電機電纜采用4芯電纜，其中一根在變頻器側接地，另一側接電機外殼)。

靜電感應

對策：（1）避免信號線和動力線平行布線或與動力線捆扎成束布線；（2）使容易受影響的設備或信號線盡景遠離變頻器和變頻器輸入、輸出等；（3）信號線和動力線都使用屏敝線，分別套入金屬管，金屬管之間距離至少20cm。

RS232/RS485的遠程通訊線路干擾

對策：在RS232/RS485通訊接口上加裝DC-DC隔離模塊電源，將通訊供電電源與其它電源直接隔離開來。信號通訊傳輸線路也要采用雙絞屏蔽電纜（屏蔽層接地）。

傳感器輸出模擬信號

對策：在傳感器輸出端加裝ISO系列模擬信號隔離放大器可以有效解決模擬信號傳輸過程中的衰減和EMI干擾，增強顯示控制系統的穩定性和可靠性。用于變頻器抗EMI干擾的模擬信號隔離放大器：ISO U-P-O-M系列，是在IC內部加裝輸入信號干擾抑制濾波電路和輸出干擾諧波吸收電路，增強抗EMI電磁干擾和高頻信號空間干擾功能。特別適用于現場有變頻控制設備、大功率電磁起動、GPS高頻信號無線收發裝置的場合。

漏電流及其對策

由于變頻器輸入、輸出側電纜的對地電容、線間電容以及電機對地電容的存在，會產生漏電流。漏電流包括對地漏電流、線間漏電流，其大小取決于分布電容的大小和載波頻率的高低。

漏電流途徑如下圖：

（1）對地漏電流

漏電流不僅會流入變頻器系統，而且可能通過地線流入其它設備，這此漏電流可能使漏電斷路器、繼電器或其它設備誤動作。變頻器載波頻率越高、漏電流越大；電機電纜越長，漏電流也越大。

抑制措施：降低載波頻率，但電機噪聲會增加；電機電纜盡可能短；變頻器系統和其它系統使用為針對高諧波和浪涌漏電流而設計的漏電斷路器。

（2）線間漏電流

流過變頻器輸出側電纜間分布電容的漏電流，其高次諧波可能使外部熱繼電器誤動作，特別是小容量變頻器，當配線很長時（50m以上），漏電流增加很多，易使外部熱繼電器誤動作，推薦使用溫度傳感器直接監測電機溫度或使用變頻器本身的電機過載保護功能代替外部熱繼電器。

抑制措施：降低載波頻率；在輸出側安裝電抗器。

建議與結論

通過對變頻器運行過程中存在的干擾問題的分析，提出了一些解決方法，對變頻器在工業設備運行中的可靠性和安全性具有十分重要的意義。但是，在變頻器控制系統設計與應用中還應該注意以下幾個方面的問題：

（1）限制最低轉速。在低轉速時，電機噪聲增大，電機冷卻能力下降，若負載轉矩較大或滿載，可能燒毀電機。此時應加大額定功率，或者增加輔助的強風冷卻或水冷卻。

（2）頻繁啟停電機。控制變頻器的調速電機啟/停通常由變頻器自帶的控制功能來實現，比如森蘭SB70系列變頻器就自帶操作控制面板，不要通過接觸器實現啟/停，頻繁的操作可能損壞內部元件，增加成本。

（3）改善功率因數的電容或壓敏器件。由于變頻器輸出是PWM電壓，輸出側如安裝有改善功率因數的電容或防雷用壓敏電阻等，都會造成變頻器故障跳閘或器件的損壞。

（4）單相輸入。單相使用時須將輸入缺相保護設置為無效。 三相輸入改成單相輸入后，母線的電壓紋波和電流紋波增大，不僅影響主電路電容壽命，而且會導致變頻器工作性能變差。如確有必要改用單相電源，應降額使用，最大不超過額定值的60％。18.5kW及以上機型改為單相輸入時，應確保單相輸入接在R、S端子上，否則變頻器無法工作。

（5）雷電沖擊保護。變頻器內裝有雷擊過電壓保護裝置，對于感應雷有一定的自我保護能力。所以，一般無需再加雷電保護裝置。

（6）漏電保護器。變頻器運行時有高速開關動作，必然有高頻漏電流產生，有時會導致漏電保護電路誤動作。遇到上述問題時，除適當降低載波頻率，縮短引線外，還應正確安裝漏電保護器。

（7）變頻器的降額。環境溫度超過40℃時，變頻器應按每升高1℃降額5%使用，且必須加外部強制散熱；海拔超過1000m的地區，空氣稀薄將造成變頻器的散熱效果變差，需要按每超過100m，降額1％使用；當設定的載波頻率在出廠值以上時，每升高1kHz，變頻器需降額5％使用。

（8）盡量減少變頻器與控制系統不必要的連線，以避免傳導干擾。除了控制系統與變頻器之間必須的控制線外，其它如控制電源等應分開。

（張雪莉單位：湘潭大學信息工程學院；蔡羅強單位：湘電集團技術中心； 陳軍華單位：大唐耒陽發電廠）