電子裝置電磁兼容研究在變頻器上的應(yīng)用

范俊杰

（天地(常州)自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 213015）

隨著現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國(guó)電力電子技術(shù)領(lǐng)域正進(jìn)行著一場(chǎng)變革，且已取得了一定的進(jìn)步，基本實(shí)現(xiàn)了高頻、高速、高靈敏度以及多功能的技術(shù)目標(biāo)。現(xiàn)代化工業(yè)在不斷快速的發(fā)展，促使電子設(shè)備的密集度和復(fù)雜度是更加的密集，更加的復(fù)雜多變，其中電子裝置電磁兼容研究就被應(yīng)用到了變頻器上。

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備，它是利用電力半導(dǎo)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(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)載保護(hù)等功能。

1 關(guān)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(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境下嚴(yán)格按照規(guī)定要求運(yùn)行但并不對(duì)所處環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)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(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所處環(huán)境造成的電磁干擾不能超過(guò)極限值；二是要求該環(huán)境中的任何設(shè)備要有一定的電磁敏感性，即對(duì)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(lái)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(huì)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(hào)多為脈動(dòng)直流或非正弦電壓電流，而這兩種信號(hào)可以由相關(guān)各諧次的正弦函數(shù)信號(hào)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(guān)頻率f的基波信號(hào)，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(huì)對(duì)電磁干擾產(chǎn)生一定的影響；（2）在實(shí)際應(yīng)用中，電子裝置的變速器會(huì)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(shí)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(guò)程，這就導(dǎo)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(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行換相時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾脈沖，其也會(huì)導(dǎo)致電磁干擾的形成；（4）當(dāng)電子裝置的線路布局不合理時(shí)，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(qiáng)電磁干擾源的抑制，如利用有源濾波器過(guò)濾排除電磁干擾信號(hào)；(2)促進(jìn)抗電磁干擾能力的提高，便于抑制來(lái)自電源的電磁干擾信號(hào)。

2 電子裝置電磁兼容研究在變頻器上的應(yīng)用狀況

2.1 變頻器的電子裝置電磁兼容設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)是以實(shí)現(xiàn)抗干擾能力為設(shè)計(jì)思路，電路要實(shí)現(xiàn)抗干擾能力，得具備三要素：噪聲源、傳導(dǎo)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(shí)現(xiàn)其抗干擾能力。那么在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要遵循一定的原則：

（1）盡量控制噪聲源的產(chǎn)生，加強(qiáng)元件的質(zhì)量控制，特別是當(dāng)遇到三極管、二極管和光電耦合器等半導(dǎo)體元件以及電容器等時(shí)，我們要加強(qiáng)對(duì)它們的檢測(cè)，定期進(jìn)行老化狀況檢驗(yàn)，以及篩選出能夠適應(yīng)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?yàn)樗话愣己袌?chǎng)效應(yīng)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(shí)，要套上接地良好、防靜電的點(diǎn)手套，保護(hù)器件及元件被損壞。

（2）增強(qiáng)電路的抗噪聲干擾能力，降低電路的靈敏度，使電路對(duì)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(dāng)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(shí)，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(kāi)特性不同的器件，同時(shí)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(shè)計(jì)合理的接地線路，采取先分后合的設(shè)計(jì)思路，先設(shè)置三個(gè)獨(dú)立接地點(diǎn)，將不同性質(zhì)的電路分隔開(kāi)，避免相互間的干擾，再將這三個(gè)接地點(diǎn)合并在另外一個(gè)接地上，大大提高抗干擾能力。還可以應(yīng)用印制電路板多層技術(shù)或表面安裝技術(shù)。

（3）盡可能減少傳導(dǎo)路徑上噪聲訊號(hào)輸送量，減少變頻器導(dǎo)線上的傳輸時(shí)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(duì)控制電源進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，變頻器的控制電源是一個(gè)緊湊密集的集裝箱，它是由CPU、接口電路、檢測(cè)保護(hù)電路和逆變模塊組成的驅(qū)動(dòng)電源。那么我們要為控制電源進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)尋得最有效的方法，如濾波和屏蔽。開(kāi)關(guān)電源已逐漸應(yīng)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(qiáng)等特點(diǎn)。當(dāng)前我國(guó)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(jiàn)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(lái)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(yīng)用

通常變頻器都是用來(lái)抗噪聲干擾，在應(yīng)用中，電網(wǎng)電壓不對(duì)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(shí)，強(qiáng)噪聲干擾是無(wú)法避免的，那就要求加強(qiáng)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(duì)變頻器的影響，并減少變頻器對(duì)電網(wǎng)電路的影響。

對(duì)于連接變頻器和電機(jī)的電磁兼容器對(duì)輸出的高次諧波有削弱作用，并能夠減少電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，和防止電機(jī)升溫，還能避免因長(zhǎng)期受PWM斬波浪涌電壓沖擊的電機(jī)的絕緣等級(jí)降低。通常涉及電抗器時(shí)，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(zhǎng)度，和外來(lái)抗干擾強(qiáng)度等等。

3 未來(lái)發(fā)展與展望

電子裝置電磁兼容在變頻器上的應(yīng)用是比較常見(jiàn)的，本文對(duì)變頻器的電子裝置電磁兼容研究在變頻器上的應(yīng)用狀況作了探討，主要是說(shuō)明變頻器應(yīng)用是為抗噪聲干擾設(shè)計(jì)的。在應(yīng)用中致力于抗干擾的研究應(yīng)用，我們要大力發(fā)展其他領(lǐng)域的應(yīng)用，開(kāi)創(chuàng)出更具特色，作用更強(qiáng)的應(yīng)用領(lǐng)域，另外，我們要將現(xiàn)有的電子裝置電磁兼容技術(shù)和理論進(jìn)行改進(jìn)和完善，并開(kāi)發(fā)出新的設(shè)計(jì)理念和方法，來(lái)滿足國(guó)際上苛刻嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娮友b置電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，使其應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中，而不僅僅應(yīng)用在變頻器上。

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