變頻器干擾問題

  變頻器應用中的干擾及其抑制
    摘 要：變頻器在工業(yè)生產中的應用越來越廣泛，其干擾問題日益引起人們的重視。本文主要介紹了變頻器應用系統(tǒng)中干擾產生的來源及其傳播途徑，提出了抗干擾的實際解決方法，闡述了在變頻器應用系統(tǒng)設計和安裝中抑制干擾的具體措施。
    　　關鍵詞：變頻器 干擾 抑制
    　　1、引言
    　　變頻器調速技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術于一體的高科技技術。它以很好的調速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟啟動，可以減少設備和電機的機械沖擊，延長設備和電機的使用壽命。隨著科學技術的高速發(fā)展，變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應用到了工業(yè)控制的各個領域中，如變頻調速在供水、空調設備、過程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調節(jié)精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益，但隨之也帶來了一些干擾問題?，F(xiàn)場的供電和用電設備會對變頻器產生影響，變頻器運行時產生的高次諧波也會干擾周圍設備的運行。變頻器產生的干擾主要有三種：對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無線電等產生的干擾。對計算機和自動控制裝置等電子設備產生的干擾主要是感應干擾；對通信設備和無線電等產生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統(tǒng)無法可靠運行，還會影響其他電子、電氣設備的正常工作。因此有必要對變頻器應用系統(tǒng)中的干擾問題進行探討，以促進其進一步的推廣應用。下面主要討論變頻器的干擾及其抑制方法。
    　　2、變頻調速系統(tǒng)的主要電磁干擾源及途徑
    　　2.1主要電磁干擾源電磁干擾也稱電磁騷擾（EMI），是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過電路傳導和以場的形式傳播的。變頻器的整流橋對電網(wǎng)來說是非線性負載，它所產生的諧波會對同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設備產生諧波干擾。另外，變頻器的逆變器大多采用PWM技術，當其工作于開關模式并作高速切換時，產生大量耦合性噪聲。因此，變頻器對系統(tǒng)內其他的電子、電氣設備來說是一個電磁干擾源。另一方面，電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源，如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備、非線性負載及照明設備等。這些負荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其他設備產生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后，若不加以處理，電網(wǎng)噪聲就會通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號線也會干擾變頻器的正常工作。
    　　2.2電磁干擾的途徑變頻器能產生功率較大的諧波，對系統(tǒng)其他設備干擾性較強。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分電磁輻射、傳導、感應耦合。具體為：
    　　① 對周圍的電子、電氣設備產生電磁輻射；
    　　② 對直接驅動的電動機產生電磁噪聲，使得電動機鐵耗和銅耗增加，并傳導干擾到電源，通過配電網(wǎng)絡傳導給系統(tǒng)其他設備；
    　　③ 變頻器對相鄰的其他線路產生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統(tǒng)內的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。下面分別加以分析。
    　?。?）電磁輻射變頻器如果不是處在一個全封閉的金屬外殼內，它就可以通過空間向外輻射電磁波。其輻射場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。變頻器的整流橋對電網(wǎng)來說是非線性負載，它所產生的諧波對接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術，當根據(jù)給定頻率和幅值指令產生預期的和重復的開關模式時，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且?guī)в信c開關頻率相應的高次諧波群。高載波頻率和場控開關器件的高速切換（dv/dt可達1kV/μs以上）所引起的輻射干擾問題相當突出。
    　　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）傳導上述的電磁干擾除了通過與其相連的導線向外部發(fā)射，也可以通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。與輻射干擾相比，其傳播的路程可以很遠。比較典型的傳播途徑是：接自工業(yè)低壓網(wǎng)絡的變頻器所產生的干擾信號將沿著配電變壓器進入中壓網(wǎng)絡，并沿著其它的配電變壓器最終又進入民用低壓配電網(wǎng)絡，使接自民用配電母線的電氣設備成為遠程的受害者。
    　?。?）感應耦合感應耦合是介于輻射與傳導之間的第三條傳播途徑。當干擾源的頻率較低時，干擾的電磁波輻射能力相當有限，而該干擾源又不直接與其它導體連接，但此時的電磁干擾能量可以通過變頻器的輸入、輸出導線與其相鄰的其他導線或導體產生感應耦合，在鄰近導線或導體內感應出干擾電流或電壓。