芻議如何抑制變頻器的干擾問題

摘 要：隨著社會經濟和科學技術的快速發展，礦井的數量逐漸增多。通風是礦井生產中十分重要的部分，直接關系到生產的順利進行和人員的安全。當前礦井通風機中通常會使用變頻器，它的作用也是不言而喻的。但是它所產生的干擾問題必須加以注意。文章主要對這方面的內容進行了分析并提出了解決方案，希望能夠對我國的礦井發展有積極的作用。

關鍵詞：變頻器；干擾；抑制

引言

所謂變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）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。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器在有利于礦井通風的同時自身會產生一種電磁干擾，而且隨著使用年限的增加，所產生的電磁干擾就越嚴重，影響到變頻調速系統的正常運行，甚至產生礦井事故，所以如何有效抑制變頻器干擾的問題已經成為了我們應該思考的問題。

1 變頻器系統的主要干擾

具體來看，一種是外部環境對變頻器的干擾，主要包括補償電容器對變頻器的干擾和非線性用電設備對變頻器的干擾；另一種是變頻器對外界環境的干擾，其中包括變頻器所產生的充電電流經常會出現在電源電壓的振幅值附近并造成不連續的沖擊以及變頻器的逆變橋輸出的電壓分布為矩形波并且帶有與開關頻率相似的高次諧波群，進而產生的輻射干擾很強烈。

2 電磁干擾的傳播途徑

2.1 電磁輻射

變頻器對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對接入同一電網的其他電子、電氣設備產生諧波干擾。當變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強度與干擾信號的波長有關，當孔洞的大小與電磁波的波長接近時，會形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會干擾變頻器的正常工作。

2.2 電路耦合

通過電源網絡傳播。由于輸入電流為非正弦波，當變頻器的容量較大時，將使網絡電壓產生畸變，影響其他設備工作，同時輸出端產生的傳導干擾使直接驅動的電機銅損、鐵損大幅增加，影響了電機的運轉特性。顯然，這是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。

2.3 感應耦合

電磁波輻射能力和干擾源的頻率有直接關系，也就是說在干擾源的頻率比較低的時候其電磁波輻射能力也比較低，雖然干擾源不能和其他設備相連接，但是其產生的電磁干擾能量還是能通過變頻器輸入和輸出，進而影響其他的導線并產生感應耦合。感應耦合的表現形式是多樣的，但是最主要的還是由導體間的電容耦合形式出現，其采用哪種形式出現還和相鄰導體之間的聯系有直接關系。我們應該關注此種傳播模式。

3 變頻調速系統的抗干擾對策

3.1 隔離

從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發生電的聯系。在變頻調速傳動系統中，通常是電源和放大器電路之間電源線上采用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。變頻器輸入側的諧波電流常常從電流側進入各種儀器，成為許多儀器的干擾源。針對此情況，應在受干擾儀器的電源側采取有效的隔離。方法有電源隔離法和信號隔離法。電源隔離法：即接入隔離變壓器，隔離變壓器的特點是一、二次繞組的匝數相等，但一、二次側之間應由金屬薄膜進行良好的隔離。一、二次電路中都可接入電容器。信號隔離法：在信號側接入光電耦合器進行隔離，適用于一些傳感器傳輸線路較長，并采用電流信號的場合。需注意的是：所用光電耦合器應是傳輸比為1的線性光耦合器；光電耦合器兩側的電容器對傳輸信號應無衰減作用，即為直流信號時電容量可大些，脈沖信號時則應根據脈沖頻率的大小適當選擇。

3.2 濾波

濾波是由濾波器產生的，在變頻器裝置中安裝濾波器主要就是為了避免變頻器產生的干擾信號干擾到電源，同時還能夠有效地減少電磁產生的噪音和設備的損耗。同時為了減少電磁的干擾，還可以在變頻器的側裝置中也加入濾波器。如果在電源線中存在著某個敏感的電子設備，還可以在電源線上設置濾波器，也能夠起到減少干擾的作用。在變頻器的輸出和輸入電路里，不僅有諧波頻率低的，還有部分諧波頻率高的，它們也會把能量傳導出去，對周圍其他的電磁設備產生干擾，濾波器對這種諧波頻率高的有比較好的弱化作用。

3.3 屏蔽

當前為了有效的避免泄漏電磁干擾，變頻器都是用鐵外殼。所以在選擇輸出線時應該盡量選擇鋼管，尤其是變頻器由外部信號控制的情況下，要求的信號線一般都在二十米范圍內，而且信號線還應該和主電路線好控制線分離，一定不能放在同一個線槽中，值得注意的是周圍的其他電磁設備也應該進行屏蔽處理，如果效果不是太明顯，還應該做好接地處理。

3.4 采用電抗器

由于當前變頻器中產生的諧波分量小的情況比較多，這些諧波不僅會影響到自身設備的正常使用，同時由于它們的產生也消耗了自身的無功功率，進而導致變頻器的線路使用年限的減少，給企業帶來經濟損失。為了控制諧波電流，我們可以改善變頻器的功率因數，當前采用的方法就是在變頻器的輸入電流中設置電抗器，就能夠有效地解決這個問題。但并不是非得采用電抗器，工作人員應該根據電網的實際情況和變頻器的匹配程度來定，多數情況下采用還是可以的。此外，為了減少噪音，可以使用交流電抗器，作用也是一樣的。

3.5 合理布線

前面我們提到變頻器主要是通過信號進行干擾的，所以可以采用科學合理的布線減少干擾。下面就闡述一下具體的方法。一是在進行布線的時候應該把變頻器的電源線和電纜分開，但是如果電路必須和電纜相交的話，最好是采用九十度布線法。二是變頻器的輸出和輸入線應該和電源線有一段距離，避免直接接觸也不要平行。三是工作人員應該對所有的電源線和輸出輸入線進行屏蔽，如果不能屏蔽的部分也應該使用套管，最好是接地。四是保證控制柜中的所有線都能夠接地，而且把接地線和公共地線相連，這樣才能夠保證盡量減少設備的干擾現象發生。此外，作為工作人員應該對布線進行定期檢查，也好及時的發現問題，如果問題嚴重也可以報告上級部門解決。

4 變頻器在礦井設備中抗干擾中的應用

4.1 變頻器在膠帶運輸機應用中速度上的控制

重載下起停機對設備驅動不見的沖擊影響是很大的，而通過變頻器的速度調節功能可減少重載下起停機對設備驅動部件造成的沖擊，降低設備故障率。由于礦井原煤煤質的變化，如含水量、灰分量、矸石量等增大，這就造成在生產時每小時的處理量要降低。傳統的處理辦法是通過減少給煤量，膠帶運輸機滿頻運行，設備負荷率、能效低。而采用變頻控制膠帶機后，通過對輸送系統調頻來降低轉速，降低過煤量，不僅降低了電能的消耗量，實現節能，同時也可減小了設備的無效磨損，降低設備維護成本。

4.2 變頻器在給煤機應用中的給料控制

傳統給煤機給料量主要是通過調節給煤機上方溜槽上的閘板的開口大小來調節給煤量的大小，這種調節方式費時費力不說，而且給料量的大小不好控制。神東通過對給煤機電機進行變頻改造，通過調節給煤機激振電機的頻率，從面改變激振力的大小實現給煤機給料量的改變。現在直接可以通過集控室的上位監控軟件，就可以快速精確的改變給煤量，同時也避免了現場操作人員的安全隱患問題等。通過神東近幾年變頻器使用情況來看，變頻器節能降耗效果顯著，提高了生產系統的自動化程度，減輕了工人的勞動強度，降低設備故障率。但同時變頻器對其他電氣設備的干擾也日益明顯。

5 結束語

變頻器是20世紀電氣傳動領域劃時代技術進步的產物，隨著變頻器的廣泛應用，其日益成為最大的電磁污染源。我們應該在肯定變頻器優點的同時也要想辦法解決變頻器的干擾問題，當前有些人已經提出了更為先進的設計和科學的安裝方法。隨著科學技術的發展這個問題遲早都能夠解決，幫助礦井通風機更好地使用。