冰箱变频控制系统的谐波干扰与治理分析

摘  要：随着我国经济的高速发展，人们的物质生活水平得到了很大的提升，各种家电如空调、冰箱、洗衣机、热水器逐渐走入到了寻常百姓家。变频技术是最近兴起的技术，通过将该技术应用到电器当中，可以降低其能耗和噪音。但在该变频技术的使用过程中，容易产生比较多的谐波，对电力系统中其它电器设备的运行造成比较大的影響，需要认真做好谐波的治理工作。为此，我将要在本文中对冰箱变频系统的谐波干扰与治理进行分析，希望对促进我国家电事业的发展，可以起到有利的作用。

关键词：冰箱;变频控制系统;谐波干扰

中图分类号：TM925.21    文献标识码：A   文章编号：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

变频驱动技术在家用电器当中的应用非常多，其变频电路由整流电路、滤波电路、逆变电路组成。通过变频驱动技术的应用，可以将220伏的工频交流电整流成310伏的直流电，然后再逆变成交流电。在其整流的过程中，经常会使用大功率二极管、可控硅、IGBT等，再受压缩机自身特性的影响，会产生大量的谐波电流，这些电流是对供电系统有害的，对电力系统造成较大的污染，严重影响到电力系统当中其它家用电器的稳定运行，需要认真做好谐波的治理工作。

1 变频冰箱电磁干扰的类型

通过对谐波污染的分析，其主要会包括传导干扰、辐射干扰、耦合干扰[1]。

传导干扰。在设备运行的过程中，一旦其电压或者电流发生突变，就会直接导致干扰现象的发生，这些干扰会随着线路传导到其它设备处，对设备的正常运行，造成直接的影响。通一般的干扰辐射相比，其影响范围会更大一些，过程中传播的能量也会更大一些。该干扰在变频冰箱运行中，非常常见。

辐射干扰（图1）。如果变频板放置在了一个相对比较开放的空间当中，其在运行过程中产生的电磁辐射，会直接通过外壳或者裂缝传导出去。如果电磁波的波长和裂隙的宽度比较接近，就会对附近电器设备的运行造成直接的影响。在相关设备受到干扰之后，其就会成为新的干扰源，进而导致二次辐射干扰问题的发生，这在变频冰箱运行中也比较常见。

耦合干扰。耦合干扰在变频冰箱运行也比较常见，干扰是以耦合的形式进行传播的，这种干扰发生的一个最大特点是需要距离尽可能近，并直接在导体之内感应出来电流，对设备的运行造成直接的影响。

2谐波干扰所产生的危害

变压器。谐波干扰电流的产生，将会导致铜损的增加，电压谐波会增加铁损，变压器的温度会上升，导致其容量裕度减少。此外，如果谐波过大，还会直接导致变压器绕组之间产生共振现象，导致其铁芯磁通饱和，进而导致噪声现象的出现。高频谐波是导致变压器温度过高的主要原因。

电动机。输出的谐波会直接导致电动机出现发热的情况，这会导致电机的额外温升，需要对电机进行降额使用，不能充分发挥电机的作用。由于电机电流波形失真情况比较严重，其重复峰值电压就会过高，对电机的绝缘性能造成非常大的影响，导致电机出现脉振扭矩，增加电机运行噪声[2]。

开关设备。由于谐波电流的出现，会导致设备在启动过程中会出现很大的电流变化。一旦开关设备出现了问题，就会导致消弧线圈不能正常工作，导致开关设备运行异常，直接威胁到电路的安全运行。

保护电器。如果电流当中的谐波过大，就会导致额外扭矩的产生，对电器的运行特性造成非常直接的影响，容易导致其误动作的发生。因此，其谐波应该限制在百分之十以内，这样才会避免电器的运行出现严重的问题。

3 变频冰箱干扰的抑制

认真做好接地设计。接地设计在电器电路设计中非常常见，其设计也相对比较简单，如果设计不当，就容易导致各种问题的发生，甚至会引起安全隐患。为了让电路由较强的电磁兼容性，需要认真做好防静电接地设计、屏蔽接地设计、信号接地设计等。对于那些敏感的元器件，其对屏蔽接线设计有着更高的要求，整个设计过程也比较繁琐，只有合理进行设计，才能避免屏蔽层内部和外部产生相互干扰的现象。一旦屏蔽设计不当，就容易产生如下的一些干扰：（1）开关电源的交流干扰。该干扰的发生和交流电源有着非常直接的关系，又被称为防护交流干扰。为了降低这种干扰，可以对电源进行滤波处理，或者在电压变压器初次级间加入屏蔽接地。在大的杂散电磁场环境当中，为了避免产生过强的电磁干扰，必须采取有效的屏蔽接地。（2）变频驱动板高频干扰。如果在驱动板的设计存在不合理之处，容易在驱动板地磁场附近出现辐射干扰，只有合理对驱动板金属屏蔽进行合理设置，才能将该干扰降到最低，避免干扰从孔缝当中泄露出去，如果必要可以设置屏蔽罩处理。变频驱动线的宽度对干扰的产生也会造成一定的影响，通过采用双绞线处理，也可以有效减少干扰量，并合理设置电源线和压缩线之间的距离。如果电路板比较大，两者之间的距离应该尽量大一些。

合理对滤波器进行使用。通过对滤波器的合理使用，也可以降低谐波的产生量。在实际选择使用滤波器的过程中，为了有效降低电冰箱运行过程中的干扰问题，应该尽量使用具有双向功能的滤波器，其抑制干扰的能力会更强一些。在对滤波器的实际使用过程中，应该做好以下的工作：（1）为了避免滤波器在实际使用过程中产生另外的干扰，滤波器应该尽量使用双绞线，其抑制外部干扰的能力相对比较强。（2）滤波器到驱动板的接线应该尽量短一些，这样可以有效抑制信号在传输过程中受到的干扰。（3）为了提升滤波器的抗干扰效果，其外壳应该合理进行接地。（4）为了保证滤波器的滤波效果，其输入和输出走向应该尽量保持相反，在走线的过程中，应该避免线路交叉情况的出现。

认真做好线束的布局设计。现代电冰箱的功能越来越复杂，其内部走线变得越来越复杂，其中开关电源、变频板、压缩机走线、电源线的布线方式选择是否合理，对设备的抗干扰性能，有着非常直接的影响。根据长期的电气线路设计经验，在实际开展布线的过程中，应该认真做好以下的工作：（1）在电器盒安装的过程中，电器盒盖线束出口到压缩机的路径应该尽量短一些，做好不要超过40厘米。（2）对于压缩机的配线，应该增加磁环，可以在压缩机的配线上增加一个磁环，让其紧密缠绕束线一圈，配线磁环距离压缩机配线出口端口应该保持在15厘米左右，磁环应该选择RH17.5*28.5*9.5。（3）在进行压缩机配线布置的过程中，应该尽量从冰箱两旁进行走线，保持压缩机配线和电源线之间的距离，两者沿途间隔应该保持在20厘米。（4）可以通过在冰箱电源线上增加一个磁环，这样可以避免干扰的外传。（5）在变频板接地位置的选择中，应该尽量将接地线布置在门合页处，从而达到更好的接地目的。

在开展PCB布线的过程中，布线关系会直接决定设计成功的关键，PCB上铜箔导线的位置、密度、宽窄、间距和走线形式都会直接决定PCB的抗干扰能力，为了保证其具有较好的抗干扰能力，就需要合理进行布线。

布线过程中板型的选择和布线密度的选择。在满足布线的要求之下，应该合理对PCB板型优先进行选择，然后才能考虑双面板和多层板。在布线密度的设计过程中，应该尽量保证电路结构的合理性，布线结构也应该尽量简单和均匀。

合理对布线的线宽和间距进行选择。在PCB进行布线的过程中，其最小宽度应该由导线流过电流大小和绝缘板基板间的粘附强度所决定。导线的宽度正常情况下不应该低于8米尔，如果需要，可以适当增加导线的宽度。如果铜箔的厚度在2米尔，导线的宽度一般可以设定在60米尔即可。如果没有特别的要求，布线的宽度可以选择在8-12米尔左右。在普通数字电路的设计过程中，导线的宽度可以选择在2-2.8米尔，电源和地线的宽度应该尽量宽，地线的宽度应该大于电源线，如果电源线的宽度大于信号线的宽度，可以采用敷铜接地处理。在PCB的布线设计过程中，应该尽量避免输入端和输出端的导线出现交叉的现象，可以通过在线路间增加电容的方式，来避免发生反馈耦合的情况[3]。

在开展电源设计中，应该把握的原则。随着电冰箱功能的不断增加，其电路的规模不断增加。为了保证电路板中各种元件的正常运行，往往需要多种电源，电源的类型非常多。如果电源的设计相对比较简答，可以将这些电源汇总到一起。如果电路相对比较复杂，就需要设计多个电源模块，每一个电源模块提供一种类型的电源。在电源模块的设计过程中，应该尽量采用就近的原则，让电源尽量靠近它们的供电元件。在具体的设计过程中，各个电源模块应该具有相同的布线电阻。一旦其中任何一种电源模块发生了变化，就可能对电路的正常运行，造成直接的影响，导致各种元器件无法正常运行，线路信号受到干扰。因此，基板电源底线分布应该尽量各自引出，即使由于电流变化导致电压降，其也仅仅会集中到模块之上，并不会对其它模块的运行，造成的直接的影响。

尽量使用大面积的铜箔。可以使用大面积的铜层对未布线区域进行填充，但应该避免使用大面积的实心铜箔，其在常时间的发热之后，很容易发生铜箔起皮脱落的情况，可以采用栅格的设计方式，这更加有利于排除铜箔和基板之间的粘合剂由于受热而发出挥发性的气体。在高频元件的周围，应该尽量采用栅格大面积铜箔，对贯穿的引脚也应该采用热焊盘的处理方式。

尽量保持布线的美观。在开展PCB布线设计的过程中，应该保證器件整齐排列，尽量保证走线的美观程度。在保证布线满足国际标准要求之下，应该尽量保证布线的美观性，对于暴露在用户面前的电路部分，如果布线不合理，就会直接影响到产品的形象。

接地线构成闭环的形式。在进行数字电路的设计过程中，通过将线路设计成闭路的形式，可以进一步提升其抗噪声的能力。这主要是由于，在印刷电路板上有非常多的集成电路元件，受到接地线粗细的影响，如果在其上存在过大的电位差，就会直接导致其抗噪声的能力下降。为了有效避免这个问题，可以将地线做出环路的形式，进一步缩小电位差，有效提升电子设备的抗噪声能力。

参考文献

[1]梁伟.关于电子电路设计中的抗干扰措施[J].课程教育研究，2017（8）：22-23.

[2]张泓.电子电路设计常用调试方法与步骤[J].电子技术与软件工程，2016（24）：37-38.

收稿日期：2020-01-09

作者简介：孙华民（1964—），男，浙江杭州人，大专，工程师，研究方向：冰箱变频控制系统的谐波探索。