變頻器應用中的干擾與抗干擾措施分析

馮昊

摘 要：變頻器在工業領域中的廣泛應用，在提高工業生產效率的同時，越來越受到諸多干擾問題的影響。本文結合工程實例對變頻器在應用過程中出現的常見干擾源及抗干擾實際措施進行闡述，旨在為相關領域的工作者提供參考。

關鍵詞：變頻器 電磁干擾 抗干擾

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0101-01

隨著社會經濟的發展和科學技術的不斷壯大，變頻器被廣泛的應用于工業生產的各個領域，其作為一種集自動控制、微電子、通信等技術為一體的調速技術，具有較好的調速及節能性能，為工業領域帶來了較好的經濟效益。然而，由于變頻器本身存在的不足，難以避免電磁干擾的影響，容易導致硬件損壞，運行失控現象的發生，嚴重時還會造成設備和生產事故。在變頻器的應用領域越來越廣泛的形勢下，如何通過采取有效措施提高變頻器系統的抗干擾能力是不可忽視的重要問題。

1 典型援外供水工程中變頻器干擾及抗干擾案例

2003年10月到2006年7月期間，我國某大型工程建設集團承建了我國援助某國的供水工程建設項目。此工程包含房建、排水、電力及自動化等多項工程，其施工過程中均采用了先進的自動化控制系統。其中水源井潛水泵和泵站加壓泵都采用到法國耐得變頻器，與其他工程領域中變頻器的控制一樣，其變頻器在應用過程中遇到了一些干擾問題。

2 變頻器應用中的干擾源

2.1 外部電網產生的干擾

外部電網對變頻器產生的干擾主要是指電網中的諧波干擾，其通過改變電網中的電壓與電流波形，而利用電網中的噪音進一步干擾供電電源，造成對變頻器的干擾。具體而言，外部電網中存在大量的整流設備、交直流互換設備及非線性負載設備等，都是產生諧波源的設備，這些設備在同時運行的過程中，其負荷都會使電網中的電壓及電流波形發生改變，進而對電網中的其他設備運行產生干擾。變頻器供電電源在受到來自被污染的外部電網的干擾后，電網噪聲就會隨著電路干擾到變頻器整體。一般情況下，變頻器供電電源受干擾后，再干擾變頻器整體的表現主要有：過壓、欠壓、射頻干擾及瞬時掉電等。

2.2 晶閘管換流設備產生的干擾

對于此干擾問題的出現，是因為供電網絡內含有容量較大的晶閘管換流設備。而晶閘管換流設備的工作是在每相半周期內的部分時間內導通，這樣就會使得供電網絡電壓出現凹口，致使其波形發生變化而嚴重失真。波形的失真使得變頻器輸入側的整流電路出現反向回復電壓而受到干擾，導致變頻器的輸入回路被就擊穿甚至燒毀，無法運行。

2.3 電力補償電容產生的干擾

由于電力部門為了保證供電系統的安全穩定運行和保障更多用戶的正常用電需求，通常情況下會對用電單位的功率因數有所控制。然而，有許多用戶單位就會采取集中電容補償的方式而提高功率因數，這必然帶來了一些問題。在補償電容投入或切出的暫態過程中，供電網絡電壓可能出現很高的峰值，導致變頻器的整流二極管設備因承受過高反向電壓而被擊穿，對變頻器的運行造成極大損害。

2.4 變頻器自身產生的干擾

整流橋是變頻器中的組成設備，其對于供電電網而言屬于非線性負載，產生的諧波也會對同一電網中的其他設備產生干擾。同時，變頻器的逆變器也大多是采用PWM技術運行的，其在開關模式及高速切換工作模式中時，會產生嚴重的耦合性噪音，對變頻器系統中的其他設備產生干擾。最后，變頻器在其工作時，其輸入及輸出電流中也會產生許多頻率很高的諧波成分，這些諧波以不同的方式將其能量傳播，對變頻器本身造成了諸多的干擾。

3 變頻器應用中的抗干擾具體措施

對變頻器應用中抗干擾措施的實施，應在遵循抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的耦合通道、降低系統干擾信號的敏感性的原則基礎上綜合采用硬件抗干擾和軟件抗干擾措施。在該項援助國外供水工程項目建設過程中，對變頻器應用的同時也實施了隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施。

3.1 隔離措施的實施

對干擾源進行隔離，是預防變頻器工作受干擾的基礎與保障。隔離的措施是通過對電路上的干擾源及容易干擾的部分分開，切斷其通電聯系，使供電電源和設備相互獨立，而達到抗干擾的目的。通常情況下，是在電源和放電器電路間設置隔離變壓器，防止干擾。

3.2 濾波措施的實施

變頻器在運行過程中會產生高頻率的諧波，進而對電網產生嚴重的影響，損害變頻器的運行。在變頻器中設置濾波器是針對高頻率諧波而實施的削弱其頻率的手段，抑制其干擾信號從變頻器通過電源線傳導而干擾到電源及電動機。所以，為了降低電磁噪聲和損耗，應該在變頻器輸出側設置輸出濾波器；為了減少對電源的干擾，則應該在變頻器的輸入側設置電源噪聲濾波器。通過設置濾波器，可以有效降低干擾信號對電網的影響。

值得重視的是，輸出濾波器主要由電感線圈構成，能起到削弱輸出電流的高次諧波成分的作用，抵抗干擾，還能削弱電動機中由高次諧波電流引起的附加轉矩。因而，在設施輸出濾波器的過程中，必須科學和嚴謹。尤其是變頻器的輸出端不能接入電容器，以防損害逆變管。

3.3 屏蔽措施的實施

變頻器在生產制造的過程中已在其自身采取鐵殼屏蔽其電磁干擾，因而其本身是具有一定的電磁干擾屏蔽特性的。對變頻器干擾源的屏蔽，該研究者認為應該在電動機和變頻器之間輸出線上使用鋼管進行屏蔽，尤其是由外部信號控制變頻器的情況下，要盡可能地控制其信號線的長度，且信號線要與主電路分離開來。在實施屏蔽措施后，為保證其效率，通常應該將屏蔽罩可靠接地，以防電流諧波會對其鄰近的設備造成輻射干擾。除此之外，由于變頻器采用的是高性能的集成電路，外來電磁干擾通過電纜而侵入變頻器內，而這些集成電路對外來電磁干擾比較敏感。因此，在鋪設電纜時應該實施高效的屏蔽抗干擾措施，通常在模擬量控制線路上要使用屏蔽線及屏蔽層，且靠近變頻器的一端應接入控制電路的公共端。

3.4 接地措施的實施

接地措施是變頻器的抗干擾措施中的重要內容，其正確的接地方式能在有效抑制變頻器干擾破壞的同時降低設備本身產生的干擾。很多情況下，變電器實際應用過程中，都因為未將電源零線與地線分清開來，而導致控制系統中的控制信號與主電路導線屏蔽地連接混亂，降低了系統運行的安全可靠性。因此，為了保證變頻器接地的正確性，應該正確的將主回路端子進行接地，不斷提高變頻器的抗干擾能力。當然，變頻器在接地過程中，其接地導線的截面積不能小于2.5mm2，且接地導線的長度也應控制在20m以內；另外變頻器的接地不宜與其他動力設備接點處在同一處地方，以防出現不必要的干擾現象。

4 結語

通過該文的論述，了解到變頻器在其應用過程中受到諸多干擾源的干擾破壞，并隨著變頻器的廣泛應用還呈現出日漸增強的趨勢。為了提高變頻器的抗干擾能力，應該積極加強隔離、濾波、屏蔽及接地等措施的科學實施，并不斷創新變頻器抗干擾技術，有效保障變頻器在工業領域乃至整個社會領域的功能作用。

參考文獻

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