电子装置电磁兼容研究在变频器上的应用

范俊杰

（天地(常州)自动化股份有限公司，江苏 213015）

随着现代控制理论、计算机控制技术以及传感器技术的发展和应用，我国电力电子技术领域正进行着一场变革，且已取得了一定的进步，基本实现了高频、高速、高灵敏度以及多功能的技术目标。现代化工业在不断快速的发展，促使电子设备的密集度和复杂度是更加的密集，更加的复杂多变，其中电子装置电磁兼容研究就被应用到了变频器上。

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，它是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。

1 关于电子装置电磁兼容研究

1.1 电磁兼容性定义

电磁兼容性就是设备或系统在电磁环境下严格按照规定要求运行但并不对所处环境中的任何设备产生强大电磁干扰的能力，它可以抗电磁干扰。电磁兼容性隐含了两方面的要求，一是要求设备在正常运行过程中对所处环境造成的电磁干扰不能超过极限值；二是要求该环境中的任何设备要有一定的电磁敏感性，即对所处环境有一定的抗电磁干扰能力。

1.2 产生电磁干扰的原因

电子装置的电磁干扰来源于两处，即电子装置本身产生电磁干扰和接受外界电磁干扰。其中电子装置本身会产生电磁干扰有四方面的原因：（1）通常电子装置的输出信号多为脉动直流或非正弦电压电流，而这两种信号可以由相关各谐次的正弦函数信号叠加而成。电子装置的整流电路输出的电压和方波电流通常都含有电网相关频率f的基波信号，且它们又分别含有偶数倍和奇数倍频率的高次谐波分量，这些都会对电磁干扰产生一定的影响；（2）在实际应用中，电子装置的变速器会有一定的漏感，且其交流回路也存有些自感，阻止电流的变化是由电感实现的，确保电流换相不是瞬间完成的，而是有一定的变化过程，这就导致非正弦的电流输出，产生了电磁干扰现象；（3）电子装置中的直流电机运动进行换相时会产生电磁干扰脉冲，其也会导致电磁干扰的形成；（4）当电子装置的线路布局不合理时，易形成回路电感和电容，加上外部电磁干扰，这些都是促使电磁干扰的因素。

1.3 抑制电磁干扰的方法

常用的抑制电磁干扰的方面有下面两种：(1)加强电磁干扰源的抑制，如利用有源滤波器过滤排除电磁干扰信号；(2)促进抗电磁干扰能力的提高，便于抑制来自电源的电磁干扰信号。

2 电子装置电磁兼容研究在变频器上的应用状况

2.1 变频器的电子装置电磁兼容设计

该设计是以实现抗干扰能力为设计思路，电路要实现抗干扰能力，得具备三要素：噪声源、传导路径以及感受体，这三者是缺一不可的，少了其中任一要素都不能实现其抗干扰能力。那么在进行设计时要遵循一定的原则：

（1）尽量控制噪声源的产生，加强元件的质量控制，特别是当遇到三极管、二极管和光电耦合器等半导体元件以及电容器等时，我们要加强对它们的检测，定期进行老化状况检验，以及筛选出能够适应高低温环境的元件和电容器，防止元件和电容器的失效，便于阻止噪声的影响。另外，变频器很容易被破坏，因为它一般都含有场效应器件和电路，这些装备极易损坏，造成噪声的产生，这就要求在装置它们时，要套上接地良好、防静电的点手套，保护器件及元件被损坏。

（2）增强电路的抗噪声干扰能力，降低电路的灵敏度，使电路对噪声不要太敏感，并尽可能选择合适的微处理器和建立含有外围接口的电路。当前，许多变频器的微处理器，即中央处理器（CPU），通常都含有极其丰富的接口，将小规模的逻辑芯片用可编程器件芯片代替，提高电路的抗干扰能力。在建立电路板时，要合理布局，如将具有相同或相近特性电气的器件集中在一起，隔开特性不同的器件，同时避免不同电气特性的元件和电路的相互耦合，减少电路的干扰。设计合理的接地线路，采取先分后合的设计思路，先设置三个独立接地点，将不同性质的电路分隔开，避免相互间的干扰，再将这三个接地点合并在另外一个接地上，大大提高抗干扰能力。还可以应用印制电路板多层技术或表面安装技术。

（3）尽可能减少传导路径上噪声讯号输送量，减少变频器导线上的传输时的干扰，抑制噪声经电源端的穿入，避免造成电路传输的干扰。首先对控制电源进行抗干扰设计，变频器的控制电源是一个紧凑密集的集装箱，它是由CPU、接口电路、检测保护电路和逆变模块组成的驱动电源。那么我们要为控制电源进行抗干扰设计寻得最有效的方法，如滤波和屏蔽。开关电源已逐渐应用于变频器中，它具有体积小、重量轻、效率高和抗干扰能力强等特点。当前我国生产的变频器还是采用50HZ整流滤波方式的传统控制电源，而控制电源变压器的屏蔽是能最有效的抗干扰。常见的屏蔽方式，它不能高效抑制高频差模噪声，只能很好的抑制来自变压器原边的共模噪声，而右图能高效的抑制原边共模噪声和高频差模噪声。

2.2 电子装置电磁兼容在变频器上的应用

通常变频器都是用来抗噪声干扰，在应用中，电网电压不对称或连接变频器电源上还连接有其他大功率的晶闸管变流器时，强噪声干扰是无法避免的，那就要求加强变频器自身抗干扰能力，还要在变频器输入端与电源之间连接输入电抗器，以便阻止浪涌电压，削弱不平衡的三相电压，避免波形畸变的电压对变频器的影响，并减少变频器对电网电路的影响。

对于连接变频器和电机的电磁兼容器对输出的高次谐波有削弱作用，并能够减少电机的转矩脉动，和防止电机升温，还能避免因长期受PWM斩波浪涌电压冲击的电机的绝缘等级降低。通常涉及电抗器时，要保障变频器的正常工作，还要考虑电抗器与电网和变频器的容量，变频器的引线长度，和外来抗干扰强度等等。

3 未来发展与展望

电子装置电磁兼容在变频器上的应用是比较常见的，本文对变频器的电子装置电磁兼容研究在变频器上的应用状况作了探讨，主要是说明变频器应用是为抗噪声干扰设计的。在应用中致力于抗干扰的研究应用，我们要大力发展其他领域的应用，开创出更具特色，作用更强的应用领域，另外，我们要将现有的电子装置电磁兼容技术和理论进行改进和完善，并开发出新的设计理念和方法，来满足国际上苛刻严谨的电子装置电磁兼容技术标准和要求，使其应用到更多的领域中，而不仅仅应用在变频器上。

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