變頻器在電力系統工程應用中的干擾及解決方法

蔣宗耀

摘 要：隨著科學技術的高速發展、變頻器以其具有調速范圍廣、調速精度高、控制的多源化、節能、可靠性高等優勢，被越來越廣泛的應用到工業生產和生活中。然而，變頻器的大量使用，人們在享受這些優越感帶來效益和實惠的同時，變頻器還存在一個不可忽視的問題，變頻器的干擾，變頻器的干擾由自生產生，不加以優化和控制會對其它電器設備的運行造成影響，甚至會對整個電網造成污染。因此，如何有效的解決變頻器干擾問題是值得我們去思考和討論。

關鍵詞：變頻器 電力系統 干擾

1、變頻器概述

變頻器主要由三相橋式整流、濾波、逆變系統、監測系統、中央控制系統微處理單元等組成的。

變頻器的主要部件為三相橋式整流、濾波、逆變系統、監測系統、中央控制系統微處理單元。在具體的控制過程中，采取了分層控制的方式，既提高了控制系統的控制效果，同時也簡化了控制流程，使整個控制流程能夠得到有效的優化，在具體的控制效果上滿足了實際需要。所以，了解并掌握變頻器的工作原理，對做好變頻器的應用和提高變頻器的應用效果具有重要作用。

伴隨著科學技術的不斷發展，變頻器調速技術作為集成自動控制和電力電子參數的技術模型，具有非常重要的應用價值。不僅能實現節能要求，也能利用軟啟動等方式，減少設備運行過程中的機械沖擊，一定程度上延長電機的使用壽命。正是基于此，在工業領域中設置應用模型，能在提高干擾問題處理效果的基礎上，提升經濟效益，進一步降低勞動強度，建立更加具有針對性的管控措施。

2、變頻器的主要干擾源

變頻器包括整流電路和逆變電路，輸入的交流電經過整流電路和平波回路，轉換成直流電壓，再通過逆變器把直流電壓變換成不同寬度的脈沖電壓（稱為脈寬調制電壓，PWM）。用這個PWM電壓驅動電機，就可以起到調整電機力矩和速度的目的。這種工作原理導致以下三種電磁干擾：

2.1諧波干擾

整流電路會產生諧波電流，這種諧波電流在供電系統的阻抗上產生電壓降，導致電壓波型發生畸變，這種畸變的電壓對于許多電子設備形成干擾，常見的電壓畸變是正弦波的頂部變平。諧波電流一定時，電壓畸變在弱電源的情況下更加嚴重，這種干擾的特征是會對使用同一個電網的設備形成干擾，而與設備與變頻器之間的距離無關；

2.2射頻傳導發射干擾

由于負載電壓為脈沖狀，因此變頻器從電網吸取電流也是脈沖狀，這種脈沖電流中包含了大量的高頻成分，形成射頻干擾，這種干擾的特征是會對使用同一個電網的設備形成干擾，而與設備與變頻器之間的距離無關；

2.3射頻輻射干擾

射頻輻射干擾來自變頻器的輸入電纜和輸出電纜。在上述的射頻傳導發射干擾的情形中，變頻器的輸入輸出電纜上有射頻干擾電流時，由于電纜相當于天線，必然會產生電磁波輻射，產生輻射干擾。變頻器輸出電纜上傳輸的PWM電壓，同樣包含豐富的高頻的成分，會產生電磁波輻射，形成輻射干擾。

根據電磁學的基本原理，形成電磁干擾必須具備三要素：電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統。為防止干擾，可采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和放兩方面入手來抑制干擾，其總體原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的耦合通道、降低系統干擾信號的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

3、抗電磁干擾的有效對策

3.1采用軟件抗干擾措施

具體來講就是通過變頻器的人機界面下調變頻器的載波頻率，把該值調低到一個適當的范圍。如果這個方法不能奏效，那么只能采取下面的硬件抗干擾措施。

3.2進行正確的接地

通過現場的具體調研我們可以看到，現場的接地情況是不甚理想的。而正確的接地既可以是系統有效地抑制外來干擾，又能降低設備本身對外界的干擾，是解決變頻器干擾最有效的措施。具體來講就是做到以下幾點：

（1）變頻器的主回路端子PE（E、G）必須接地，該接地可以和該變頻器所帶的電機共地，但不能與其它的設備共地，必須單獨打接地樁，且該接地點應該盡量遠離弱電設備的接地點。

（2）其它機電設備的地線中，保護接地和工作接地應分開單獨設接地極，并最后匯入配電柜的電氣接地點。控制信號的屏蔽地和主電路導線的屏蔽地也應分開單獨設接地極，并最后匯入配電柜的電氣接地點。

3.3屏蔽干擾源

屏蔽干擾源是抑制干擾的很有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，可以不讓其電磁干擾泄露，但變頻器的輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號（從控制器上輸出4～20mA信號）控制變頻器時，要求該控制信號線盡可能短（一般為20m以內），且必須采用屏蔽雙絞線，并與主電路線（AC380）及控制線（AC220V）完全分離。此外，系統中的電子敏感設備線路也要求采用屏蔽雙絞線，特別是壓力信號。且系統中所有的信號線決不能和主電路線及控制線放于同一配管或線槽內。為使屏蔽有效，屏蔽層必須可靠接地。

3.4合理的布線

具體方法有：

（1）設備的電源線和信號線應盡量遠離變頻器的輸入輸出線。

（2）其它設備的電源線和信號線應避免和變頻器的輸入輸出線平行。

如果采取了以上的辦法之后還是不能夠奏效，那么繼續以下辦法：

3.5干擾的隔離

所謂干擾的隔離，是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使他們不發生電的聯系。通常是在電源和控制器及變送器等放大器電路之間在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。

3.6在系統線路中設置濾波器

設備濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導干擾到電源和電動機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設置輸出濾波器；為減少對電源干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設備如控制器和變送器等，可在該設備的電源線上設置電源噪聲濾波器以免傳導干擾。

3.7采用電抗器

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波成分（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其它設備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因素大為下降。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據接線位置的不同，主要有以下兩種：

（1）交流電抗器：串聯在電源與變頻器的輸入側之間。其主要功能有：

a、通過抑制諧波電流，將功率因素提高至（0.75-0.85）；

b、削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊；

c、削弱電源電壓不平衡的影響。

（2）直流電抗器：串聯在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因素方面比交流電抗器有效，可達0.95，并具有結構簡單、體積小等優點。

4、結語

在今后變頻器應用過程中，針對變頻器在運行中出現的干擾問題不斷引進新技術，進一步開發和完善功能，增強抗干擾能力，更好地應用于電力系統以及其他工業工程建設中。

參考文獻：

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