变频器应用中的干扰与抗干扰措施分析

冯昊

摘 要：变频器在工业领域中的广泛应用，在提高工业生产效率的同时，越来越受到诸多干扰问题的影响。本文结合工程实例对变频器在应用过程中出现的常见干扰源及抗干扰实际措施进行阐述，旨在为相关领域的工作者提供参考。

关键词：变频器 电磁干扰 抗干扰

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0101-01

随着社会经济的发展和科学技术的不断壮大，变频器被广泛的应用于工业生产的各个领域，其作为一种集自动控制、微电子、通信等技术为一体的调速技术，具有较好的调速及节能性能，为工业领域带来了较好的经济效益。然而，由于变频器本身存在的不足，难以避免电磁干扰的影响，容易导致硬件损坏，运行失控现象的发生，严重时还会造成设备和生产事故。在变频器的应用领域越来越广泛的形势下，如何通过采取有效措施提高变频器系统的抗干扰能力是不可忽视的重要问题。

1 典型援外供水工程中变频器干扰及抗干扰案例

2003年10月到2006年7月期间，我国某大型工程建设集团承建了我国援助某国的供水工程建设项目。此工程包含房建、排水、电力及自动化等多项工程，其施工过程中均采用了先进的自动化控制系统。其中水源井潜水泵和泵站加压泵都采用到法国耐得变频器，与其他工程领域中变频器的控制一样，其变频器在应用过程中遇到了一些干扰问题。

2 变频器应用中的干扰源

2.1 外部电网产生的干扰

外部电网对变频器产生的干扰主要是指电网中的谐波干扰，其通过改变电网中的电压与电流波形，而利用电网中的噪音进一步干扰供电电源，造成对变频器的干扰。具体而言，外部电网中存在大量的整流设备、交直流互换设备及非线性负载设备等，都是产生谐波源的设备，这些设备在同时运行的过程中，其负荷都会使电网中的电压及电流波形发生改变，进而对电网中的其他设备运行产生干扰。变频器供电电源在受到来自被污染的外部电网的干扰后，电网噪声就会随着电路干扰到变频器整体。一般情况下，变频器供电电源受干扰后，再干扰变频器整体的表现主要有：过压、欠压、射频干扰及瞬时掉电等。

2.2 晶闸管换流设备产生的干扰

对于此干扰问题的出现，是因为供电网络内含有容量较大的晶闸管换流设备。而晶闸管换流设备的工作是在每相半周期内的部分时间内导通，这样就会使得供电网络电压出现凹口，致使其波形发生变化而严重失真。波形的失真使得变频器输入侧的整流电路出现反向回复电压而受到干扰，导致变频器的输入回路被就击穿甚至烧毁，无法运行。

2.3 电力补偿电容产生的干扰

由于电力部门为了保证供电系统的安全稳定运行和保障更多用户的正常用电需求，通常情况下会对用电单位的功率因数有所控制。然而，有许多用户单位就会采取集中电容补偿的方式而提高功率因数，这必然带来了一些问题。在补偿电容投入或切出的暂态过程中，供电网络电压可能出现很高的峰值，导致变频器的整流二极管设备因承受过高反向电压而被击穿，对变频器的运行造成极大损害。

2.4 变频器自身产生的干扰

整流桥是变频器中的组成设备，其对于供电电网而言属于非线性负载，产生的谐波也会对同一电网中的其他设备产生干扰。同时，变频器的逆变器也大多是采用PWM技术运行的，其在开关模式及高速切换工作模式中时，会产生严重的耦合性噪音，对变频器系统中的其他设备产生干扰。最后，变频器在其工作时，其输入及输出电流中也会产生许多频率很高的谐波成分，这些谐波以不同的方式将其能量传播，对变频器本身造成了诸多的干扰。

3 变频器应用中的抗干扰具体措施

对变频器应用中抗干扰措施的实施，应在遵循抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统干扰信号的敏感性的原则基础上综合采用硬件抗干扰和软件抗干扰措施。在该项援助国外供水工程项目建設过程中，对变频器应用的同时也实施了隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施。

3.1 隔离措施的实施

对干扰源进行隔离，是预防变频器工作受干扰的基础与保障。隔离的措施是通过对电路上的干扰源及容易干扰的部分分开，切断其通电联系，使供电电源和设备相互独立，而达到抗干扰的目的。通常情况下，是在电源和放电器电路间设置隔离变压器，防止干扰。

3.2 滤波措施的实施

变频器在运行过程中会产生高频率的谐波，进而对电网产生严重的影响，损害变频器的运行。在变频器中设置滤波器是针对高频率谐波而实施的削弱其频率的手段，抑制其干扰信号从变频器通过电源线传导而干扰到电源及电动机。所以，为了降低电磁噪声和损耗，应该在变频器输出侧设置输出滤波器；为了减少对电源的干扰，则应该在变频器的输入侧设置电源噪声滤波器。通过设置滤波器，可以有效降低干扰信号对电网的影响。

值得重视的是，输出滤波器主要由电感线圈构成，能起到削弱输出电流的高次谐波成分的作用，抵抗干扰，还能削弱电动机中由高次谐波电流引起的附加转矩。因而，在设施输出滤波器的过程中，必须科学和严谨。尤其是变频器的输出端不能接入电容器，以防损害逆变管。

3.3 屏蔽措施的实施

变频器在生产制造的过程中已在其自身采取铁壳屏蔽其电磁干扰，因而其本身是具有一定的电磁干扰屏蔽特性的。对变频器干扰源的屏蔽，该研究者认为应该在电动机和变频器之间输出线上使用钢管进行屏蔽，尤其是由外部信号控制变频器的情况下，要尽可能地控制其信号线的长度，且信号线要与主电路分离开来。在实施屏蔽措施后，为保证其效率，通常应该将屏蔽罩可靠接地，以防电流谐波会对其邻近的设备造成辐射干扰。除此之外，由于变频器采用的是高性能的集成电路，外来电磁干扰通过电缆而侵入变频器内，而这些集成电路对外来电磁干扰比较敏感。因此，在铺设电缆时应该实施高效的屏蔽抗干扰措施，通常在模拟量控制线路上要使用屏蔽线及屏蔽层，且靠近变频器的一端应接入控制电路的公共端。

3.4 接地措施的实施

接地措施是变频器的抗干扰措施中的重要内容，其正确的接地方式能在有效抑制变频器干扰破坏的同时降低设备本身产生的干扰。很多情况下，变电器实际应用过程中，都因为未将电源零线与地线分清开来，而导致控制系统中的控制信号与主电路导线屏蔽地连接混乱，降低了系统运行的安全可靠性。因此，为了保证变频器接地的正确性，应该正确的将主回路端子进行接地，不断提高变频器的抗干扰能力。当然，变频器在接地过程中，其接地导线的截面积不能小于2.5mm2，且接地导线的长度也应控制在20m以内；另外变频器的接地不宜与其他动力设备接点处在同一处地方，以防出现不必要的干扰现象。

4 结语

通过该文的论述，了解到变频器在其应用过程中受到诸多干扰源的干扰破坏，并随着变频器的广泛应用还呈现出日渐增强的趋势。为了提高变频器的抗干扰能力，应该积极加强隔离、滤波、屏蔽及接地等措施的科学实施，并不断创新变频器抗干扰技术，有效保障变频器在工业领域乃至整个社会领域的功能作用。

参考文献

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[2] 安成平.变频器的抗干扰措施及常见故障分析[J].青海科技，2009（3）.