变频器应用中存在的干扰问题及对策

刘玉岩

摘  要：电磁干扰（EMI）广泛存在于许多工业操控系统的运用中，极易使得处理器在运行过程中出现程序层面的失控，进而引发控制系统的终端控制失效，最终很有可能造成设备的损坏和生产事故的发生。提升系统在运行过程中的可靠性，以及对干扰因素的消除能力，是实现研制以及应用自动化工业装置的重要基础。该文主要介绍了变频器的干扰来源、传播方式以及问题所在，并针对变频器干扰问题提出有效措施。

关键词：变频器;干扰问题;对策

中图分类号： TN77   文献标志码：A

0 引言

在现代化的工业制造中，变频器在生产过程中起到了重要的控制作用，因为变频器具有较高的调速性和节能性，所以一直受到从业者的高度肯定以及广泛应用。然而，变频器在运行过程中，其工作过程经常会因为外界因素而受到干扰，再加上其自身运行时可能会出现一些问题，因此就会不同程度地影响设备的稳定运行。在运行过程中，变频器内部会产生高频次的谐波，此时周围的运行装置就会受到不同程度的干扰，而这些设备也会反过来作用于变频器。为了保障变频器的高效使用，对变频器的抗干扰技术提出了更高的标准和要求。如何提升变频器在抗干扰方面的性能，笔者建议应确定干扰源，并对其传播方式进行探究，然后再依据实际情况的差异性，采取针对性的措施。

1 变频器应用中的干扰来源

1.1 变频器对外界电气设备的干扰

变频器中的非线性负载是非常重要的部分，其与逆变作用密切相关，因此，当变频器突然打开或者突然关闭的时候，内部的逆变部分就会发生高速切换，进而出现一系列耦合性噪声。另外，在整流的过程中，交流电经过一系列电路转换成为直流电，这也就成为了电网的非线性负载，大量的谐波会在这一过程中产生。大量的谐波包括在输入、输出的电子流中，这些谐波将会以各种方式将能量传播到外界，从而导致外界的电子设备和变频器本身受到干扰。所以，就其他运行的电气设备来说，变频器也成为了一种电磁干扰源。

1.2 外部电网对变频器产生的干扰

在外部电网中存在大量谐波，这些谐波将成为干扰变频器主要因素。电网中谐波的干扰问题主要体现在供电电源，像整流设备、电子调整设备等也会因为谐波而发生相应变化。这里以供电电源为例，当电路中有电流通过时，整流设备等会引起电路电压的波形变化，进而可能威胁对应设备[1]。此时如果没有及时处理变频器的供电电源，那么其电网系统中的干扰作用会持续存在，干扰范围不断扩大，最终对变频器整体产生干扰作用。供电电源的干扰作用表现为4种。1）浪涌和跌落。2）射频干扰。3）欠压、过压以及瞬时掉电。4）电压尖峰脉冲。

1.2.1 晶闸管换流设备对变频器的干扰

当供电网络中引入了容量非常大的晶闸管设备时，由于晶闸管的作用，整个网络中的电压波形中会出现明显的拗凹口，严重脱离正常情况，干扰作用较强。再加上晶闸管转流设备工作中会向变频器输入较大的反向电压，如果养护工作不到位，还会因为反向电压过高而受损，最终造成击穿变频器输入电路的后果[2]。

1.2.2 电力补偿电容对变频器的干扰

现阶段国内电力部分对用电单位的功率等有明确规定，为了显著提升系统的功率因素，许多用电单位会选择采用电力补偿电容。必须承认这种方式确实能起到积极作用，但是当补偿电容的切入与切出可能会出现生产事故，网络电压高峰值便会随之出现，有些设备如变频器中的整流二极管就可能因为这一过程被击穿。

2 变频器应用中干扰信号的传播方式

通常情况下，变频器会产生较大功率的谐波，正是如此变频器在应用过程中会干扰系统内部的电子设备，结合干扰信号的传播途径等就可以发现，变频器的电磁干扰与常规设备基本相似，可以被分为3种类型：感应耦合、传导和电磁辐射[3]。其具体内容如下。1）运行中的变频器所产生的高频谐波，会向空中辐射对周围电子设备产生影响。2）其次是传导干扰，这是由于在带变频器工作时，与其直接相关的电动机会被电磁噪声干扰，然后电动机内部的铁铜等损耗加快，干扰作用进而传导至电源部分，最后又跟随电网逐渐渗透到其他相关设备[4]。相同的，来自系统的干扰信号也会通过相同的路径对变频器的工作产生一定的干扰。

2.1 电路耦合

干扰信号电路耦合傳播是指相应干扰信号以电源为基础，沿着电路网络慢慢传播。由于变频器的自身特性，其向电路内输入的电流不会出现正弦波动，当变频器中的电压容量显著增大时，整个电网中的电压就会发生剧烈的变化，那么其他电子设备也会受到不同程度的影响。与此同时，传导干扰还会增加电机铜损和铁损，又会使得电动机的正常运转受到影响，因此可以说干扰信号的产生以电流输入为基础。

2.2 电磁感应与静电感应

如果变频器的电路设置接近其他电路设备时，因电磁感应产生的耦合就会形成，那些距离变频器输入电路或者输出电路较近的设备均会受到影响。具体来说，这种干扰可以分为2种作用机制。1）电磁感应。2）静电感应，2种感应有所差异，分别是电流和电压干扰信号的最主要途径。

3 提高变频器抗干扰能力的对策

3.1 干扰隔离

进入电子设备和仪器的谐波电流，通常来源于变频器的输入端。针对此情况，所以只有在输入端采取隔离措施才能有效减少对仪器的干扰影响。其具体方法，分为电源隔离以及信号隔离。

电源隔离的方式如图1（a）所示，该电路当中专门引入了隔离变压器，需要注意的是隔离变压器的设备要遵循2点原则。1）变压器的线圈数必须保持体制。2）变压器外侧要均使用金属薄膜来加强隔离作用。当然2个隔离变压器的电路中可以适当接入电容器。

信号隔离的方式如图1（b）所示，该种隔离模式下信号与光电耦合器相连，促使光电耦合器起到隔离作用，比较适用于传感器传导线路较长的情况。但是需要注意光电耦合器两侧所连的电容器不会削减传输信号，即就是说当信号为直流时，可以适当增加电容量。

3.2 设置滤波器

为了实现电磁噪声的削减作用，可以考虑在系统电路内设置滤波器，其安装位置较多。比如想要减少能源损耗，可以在输出端安装滤波器，如果想要保障电源的顺利运行，可以在输入端设置滤波器[5]。与此同时也可以在电源线上安装噪声滤波器，使得线路中的敏感干扰大大减少。谐波信号偏高，可以用滤波器进行过滤，由于滤波器的使用位置不同，可以大致分为输入滤波器和输出滤波器。

3.2.1 输入滤波器

输入滤波器可以分为辐射滤波器与线路滤波器。

辐射滤波器的作用是吸收掉相当一部分的高频、具有辐射能力的谐波，其构造主要为高频电容器。

线路滤波器可以增强线路当中的阻抗作用，进而降低高频谐波电流的干扰作用，其结构主要为电感线圈。

3.3.2 输出滤波器

电感线圈也是构成输出滤波器的主要材料，它可以有效降低谐波中的高频次成分。不仅实现了抗干扰，还能降低附加转矩[6]。

3.3 屏蔽干扰源

屏蔽干扰源其实是减少干扰最有效果的方法，也具有一定的可操作性。通常，变频器外围都是一层金属壳，这样设计的目的就是为了屏蔽亦或是削弱电磁辐射。另外，如果用钢管对线路进行屏蔽，也是最佳选择。此外，调控变频器时，应该设计最短的信号线，20 m为最高限度，并且为了使信号屏蔽作用达到最佳，应该采用双芯线路。此外，还要注意對屏蔽罩进行接地操作，该情况下才能使屏蔽到达一定效果。

3.4 合理布线

干扰信号的传递方式不一，当以感应的形式传递，合理布线是能够削弱其对变频器的干扰影响的，其具体操作方法如下。1）设备信号线以及电路电源线应该和输出、入线保持较大的距离。2）避免电源线和输入、出线处于平行状态。

4 结语

综上所述，通过该文对变频器在应用过程中干扰信号的来源以及传播途径的深入分析，笔者具体说明了应对措施。近年来，在变频器领域中，新技术不断产生，理论也在不断完善，对变频器EMC的重视和要求，也逐渐成为变频器研发和应用的中心。随着工业生产和社会环境的变化和升级，对变频器的要求只会更高，相信科学技术的发展必定会推动真正满足需求的变频器的面世，最终变频器EMC问题将不再成为技术难点。

参考文献

[1]吴忠智，吴加林.变频器应用手册[M].北京：机械工业出版社，2018.

[2]张燕宾. 变频调速应用实践[M]. 北京：机械工业出版社， 2001.

[3]郑旭东，关鸿权，吴赤兵.通用变频器运行过程中存在的问题及对策[J].石化 技术，2013， 8（4）：234-236.

[4]曾毅.变频调速控制系统的设计与维护[M]. 济南：山东科学技术出版社，2008.

[5]李燕.图解变频器应用[M]. 北京：中国电力出版社， 2019.

[6]马小亮.高性能变频调速及其典型控制系统[M]. 北京：机械工业出版社， 2016.