變頻器產生干擾的原因及常見故障分析

許凱

摘 要：上世紀70年代為了能夠實現對交流感應電機的調速，也就發明出了變頻器。變頻器相對于傳統的電流電壓調整器，由于其功率因數高，因此在使用的時候對電網的沖擊更小，且電機的啟動也更為平穩，調速范圍也比較廣，所以在各行各業被普及應用。尤其是在一些集中化的生產廠房中應用的更是普及，但在變頻器運作的過程中，會產生一定的電磁干擾，而這些電子干擾甚至會影響到企業的自動化生產系統，所以在解決變頻器控制系統干擾的問題是電器技術人員一直研究的問題之一。本文主要結合本人工作經驗對變頻器電磁干擾產生的原因及處理措施，進行簡單的探討。

關鍵詞：變頻器;電子干擾;解決策略

一、前言：

變頻器無論是在生活中還是在工廠生產中應用都非常的廣泛，在一些可調速電機上都應用到了變頻機，比如說我們的電梯、電動汽車、中央空調系統等。通過變頻器可以實現對交流電機的調速。變頻器在對電機調速的時候是需要通過調整交流電的方向性和周期性而實現的，通過調整之后，可以使電機的調速空間更大、調速精度高且恒速穩定等。而變頻器自身的構成都比較簡單，主要由主電路板和控制系統組成。在主電路板中的二極管可以將交流電轉換成直流電系統，而晶體管則可以實現電流的逆變和運轉。就是因此變頻器的結構比較簡單，但功能性性比較強，因此在日常生活和工業生產中應用的也比較普及。但在變頻器工作的時候，收支預期，電流，電路和電磁反應影響而產生諧波電流。尤其是在變流器開關機的時候產生高次諧波會影響到逆變器的本身以及周邊的設備。變頻器的干擾問題以及各種原因造成的故障也是經常遇到的。以下是在近幾年的生產和客服中，對使用過的幾種變頻器引發的干擾問題和故障原因的分析。

二、變頻器干擾分析及措施：

2.1、變頻器諧波干擾

⑴、從變頻器的結構主要有兩部分構成，分別是控制回路和主回路。主回路又可以分為整流、控制和逆變三種電路。其中對于電流的整流和逆變都是通過半導體材料實現的，因此，當變頻器工作的時候半導體中間的電流過量比較大，導致變頻器在工作時電流會存在很多的高次諧波。而且當一個車間里所有的用電設備都是統一供電系統時，今天系統因受到外界因素或自身運行原因產生較大波動影響，動的電流會直接影響到變頻器的工作狀態，導致變頻器停機甚至損壞。因此為了保證變頻器的運行穩定及其他用電設備不受影響。對于變頻器的供電系統要有其他的用電設備分開，進行獨立的設計。不是為了弱化電源線路上的電流變化對變頻器的影響可以在變頻器輸入端加裝濾波器，通過接地的形式屏蔽干擾。

⑵、變頻器的控制回路主要是負責實現變頻器內外信號的交互，回路中的信號都是小能量的弱信號，由于這些控制回路中的信號能量較弱，因此容易受到外界干擾。控制回路的信號，分為數字信號和模擬信號兩種。其中模擬信號主要是4～20毫安電流信號或者是10伏以下的電壓信號。（我公司的細紗機基本上采用的是4—20mA電流信號回路）。為了減少變頻器所產生的電磁信號影響的控制回路，因此在控制合同上必須安裝一定的抗干擾設備。

2.2、變頻器對外控制的干擾

本公司所使用的變頻器的信號回路是4～20毫安的模擬信號控制運轉頻率，電磁干擾會影響到信號控制回路的電勢，從而通過控制電纜影響到變頻器。我曾遇到過電機在運行過程中忽快忽慢、突然停機或不啟動運轉的現象。檢查發現是因布線不合理（變頻器電源線、信號線、控制線在同一走線槽內），強弱電未分離而造成。雖然信號線屏蔽層接地，但仍受到干擾。將布線方式改變后，此問題得以解決。

2.3、接地干擾

接地干擾的本質就是因為接地沒有落實到位而產生的，用電設備在運行中的弱電壓和電流回路，如果沒有有效接地的話，都可能會產生干擾。而且有時候若設置多個接地點的話，不同接地點之間因電位漂移還會產生電磁干擾。

解決此問題應使用專設接地端臺，將所有接地線的一端接到專設的接地端臺，接地線越短越好，而且必須接地可靠牢固。控制回路使用屏蔽線，遠端屏蔽層懸空，近端屏蔽層接地。變頻器輸出端加裝抗干擾的濾波器或電抗器，減小振動防止變頻器開關諧波引發的熱繼電器故障產生誤動作。

三、變頻器常見故障分析

3.1、安裝環境

變頻器雖然綜合性的優越，但在生產的時候為了壓縮控制的體積，因此整體的繼承性比較高，邊內部的結構也比較緊湊，但在使用的過程中又會產生大量的熱量，若不及時散熱的話，也就無法保證變頻器的有效和可靠運行。因此變頻器對整體的安裝環境也提出了較高的要求，若環境中有粉塵多且濕度較大，都可能會引發變頻器運行異常。由此可見，安裝使用變頻器要有一適宜的運行環境。

3.2、過電流跳閘原因分析

3.2.1對地故障：

第一次跳閘有可能發生在運行過程中。如果復位后重新啟動，但一升速就跳閘，說明有很大的沖擊電流，過流十分嚴重。

⑴、檢查變頻器內部因電子元件損壞造成的短路故障。

⑵、檢查電機有無匝間短路和對地短路故障。

⑶、檢查電線因破損對地造成的短路故障。

⑷、電機側對地漏電。

3.2.2、設置不當：

⑴、運行時低頻低速輕載的情況下引發的過流跳閘。基本原因是低頻運行時，為了能帶動較重的負載，需要進行轉矩補償，導致電動機磁路的飽和程度隨負載的輕重而變化。引起的過電流跳閘。

⑵、轉矩補償設定太小，也不能正常啟動運行。

⑶、電子熱繼電器的設定不當，動作電流設的太小，引起變頻器跳閘。

⑷、設定升速或降速時間太短引發的過流故障。

⑸、機械在運行中突然加重負荷，甚至被“卡住”，電動機的轉速因此大幅下降，電流急劇增加，導致電流跳閘。

3.3、過電壓、欠電壓跳閘原因分析

3.3.1過電壓跳閘。

⑴、電源電壓過高。

⑵、減速時間設定太短。

⑶、停止運行，電機再生制動電阻和制動單元選配不合適。

3.3.2欠電壓跳閘：

⑴、輸入電源電壓過低或線損過大。

⑵、三相電源有缺相現象。

⑶、整流電路故障。

四、結束語：

隨著工業自動化的快速發展以及變頻技術的進步，人們對減少變頻器高次諧波的危害，降低工作時的噪聲以及增強其工作的可靠性、安全性等方面的研究將進一步深入，變頻器的發展和應用將會進一步普及。

參考文獻

[1]劉汀. 變頻器應用中的干擾問題及常見故障分析[J]. 電子樂園， 2020.

[2]尹華. 變頻器對PLC干擾常見故障的分析與處理[J]. 2019.

[3]許燕. 基于變頻器對PLC干擾常見故障的分析與處理[J]. 中國戰略新興產業， 2019， 000（046）：157.

[4]杜彤. 關于變頻器的選用及故障干擾處理分析[J]. 電腦迷， 2017， 000（015）：66.