变频器干扰对策研究

史峰

（辽北技师学院，辽宁 调兵山 112700）

在现代工业和经济生活中，随着电子技术的应用，自动化、节能化和系统化得到了迅速的发展。伴随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的发展，变频装置已经广泛应用到各个领域，在运输行业及生产行业正在以交流调速代替直流调速，通过对交流电动机的变频调速，使得交流拖动系统具有了如同直流控制系统的调速特性。变频器的使用使引发了自动化控制的一场革命。使用变频器的优点在于：启动电动机时的启动电流小，启动时对电网的影响小；可以连续调速，实现交流电动机的无级调速；最高运行速度不受电源频率的影响；可定转矩输出；可控制加减速度等。此外，使用变频装置的节电效果十分显著，据相关资料统计，变频器在工业领域中的节电潜力大约在25%~30%左右，年总节电量在280亿KW·h以上。

1 变频器的基本工作原理

目前变频器主要是利用脉宽调制（PWM）就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形，既能改变逆变电路输出电压的大小，又能改变输出频率。其主电路如图1所示，其输入部分经整流、滤波形成直流电压，再经过逆变环节将直流电压转变为三相交流电压提供给负载。PWM型变频电路的主要特点为：可以得到相当接近正弦波的输出电压；整流电路采用二极管，可获得接近1的功率因数；电路结构简单；通过对输出脉冲宽度的控制可改变输出电压，加快了变频过程的动态响应。

图1 电压型PWM交-直-交变频电路

2 变频器的输出电压的合成以及实质

把图2a所示的正弦半波波形分成n等份，就可把正弦半波看成由n个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/n，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的小点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(冲量)相等，就得到图2b所示的脉冲序列，这就是PWM波形，可以看出，各脉冲的宽度是按正弦规律变化的。

根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称为SPWM形。

在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，要改变等效输出的正弦波的频率时，只要改变调制波的频率即可。PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。在PWM型逆变电路中，使用最多的是图3的三相桥式逆变电路，其控制方式一般都采用双极性方式。u、v和w三相的PWM控制通常公用一个三角波载波。各点波形如图4所示

图2 PWM控制的基本原理

图3 变频器的逆变主电路

图4 变频器主电路部分电压波形

图4中，用对称的三相交流电对同一三角波进行调制得到三相对称的PWM调制波形，当改变调制信号的幅度时，将改变变频器的输出脉冲的宽度，利用电动机线圈电感的滤波作用改变输出电压，以适应不同频率下的电机绕组不同的电抗值，达到恒磁通的作用。当改变调制信号的频率时，将改变变频器输出电压的频率，从而改变了电动机的磁场转速，在转速差一定时，电动机转子也将随之改变转速，从而达到调速的作用。

3 变频器在我校提升模拟装置中的应用

我校的模拟提升装置主要用于教学、煤矿维修工人技术培训以及操作工鉴定等，因此，装置完全按照目前矿山典型提升系统设计，能用于模拟交流异步电动机转子串电阻调速操作方式、交流异步电动机串级调速操作方式、交流异步电动机变频调速操作方式的相互转换以适应不同的教学需要。其中，变频调速操作方式是主要的控制方式，再系统安装后，出现了一些干扰现象。

4 变频器干扰分析

在矿井提升装置中，由于设计了三种不同的调速方式，在运行时由操作台上的选择开关进行选择。系统控制相对比较复杂，同时为了确保系统与实际生产中的提升装置相贴近，在系统中采用可编程序控制器（PLC）来进行同一协调控制。因此，将提升系统的诸多检测信号进行取样变换并输入到PLC中。容易受到干扰的大部分是模拟信号，而开关量信号一般不会受到干扰。因此，在系统中重点防止模拟量受到干扰，其中不仅要防止PLC输入模拟量受到干扰，还要防止PLC输出的模拟量受到干扰。

5 抗干扰对策

在系统安装施工时根据变频器说明书及相关规定，变频器的接线是按照标准接线进行施工。为了排除或减小干扰，采取了以下措施。

从安全及降低噪声的需要出发，为防止漏电和干扰侵入或辐射出去，必须接地。

根据电气设备技术标准规定，接地电阻应小于或等于国家标准规定值，且用较粗的短线接到变频器的专用接地端子PE上。当变频器和其他设备，或有多台变频器一起接地时，每台设备应分别和地相接如图5a和b所示，而不允许将一台设备的接地端和另一台的接地端相接后再接地。

图5

变频调速系统中的接触器、电磁继电器以及其他各类电磁铁的线圈，采用吸收电路来控制通断时产生的脉冲电压。开路集电极输出端子连接控制继电器，在励磁线圈的两端连接吸收电涌的二极管。交流线圈两端并接Rc浪涌电压吸收电路，Rc浪涌电压吸收电路的接线不超过20cm。

控制电路端子上的连接电线用0.75mm2以下规格的屏蔽线或绞合在一起的聚乙烯线。

模拟信号的传送所使用的电线采用聚氯乙烯绝缘，聚氯乙烯护套屏蔽电线。把一端连接到各自的共用端子，另一端不接。

电力线路和控制线路开铺设。在采用以上常规的抗干扰措施安装后，试运行，发现只有液压传送回来的压力信号还不够稳定，与液压站上的压力表读数不相吻合。经过分析电控系统的主回路发现，主电路具有一定的特殊性，主要是电动机的定子控制线路和转子控制线路都要通过电缆连接到相应的配电柜中，大大增加了电动机主电路的长度。因此当变频器工作时产生的等幅度不等宽的PWM调制电流很容易发射出高频电磁波来，成为强烈的干扰源，结果增加变频运行时的辐射干扰。同时，液压站的压力传感器传输线路与主电路平行，受到的干扰最大，因此对控制系统产生不良影响。

经研究，再次提出解决方案。

在电动机定子电缆和转子电缆上穿入铁管放入专用槽钢内并接地做为电磁屏蔽；将所有与电力电缆平行走线的控制线路均放入专用槽钢内，并加金属盖板进行电磁屏蔽；在液压站的油压传感器的供电电源（24V）两端并联入滤波电容和高频电容，在信号传输线路上并联有高频滤波电容。经过以上的严格的电磁抗干扰措施后，干扰现象消失。系统运行得到满意的效果。由此可见，抗干扰措施不仅要根据相关的技术标准规定进行施工，而且还要根据实际情况具体分析，提出切合实际的解决方案和制定合适的解决方法。

[1]石红梅.变频技术原理与应用[M].机械工业出版社

[2]王兆安.电力电子技术[M].机械工业出版社