变频器电磁干扰问题分析及抑制措施

高洁

摘 要：随着变频器在交流传动中的广泛使用，其电磁干扰问题也越来越受重视，通过分析变频器电磁干扰的主要干扰源和干扰传播途径，提出抑制变频器电磁干扰的主要方法。

关键词：变频器；电磁干扰；传播；解决办法

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）03-0047-02

近年来，电力电子技术、传感器技术、计算机控制技术和自动控制技术的不断推陈出新，使整个电气传动领域开始了一场技术变革。伴随交流电机调速研究成果的不断涌现，交流传动大有取代直流传动的趋势，其控制方法也逐渐由计算机数字控制技术转变为模拟控制技术。同时，变频调速技术也在不断完善，凭借节能减耗、改善环境、工艺流程优化、调速精度高、过载保护能力强、响应快速、提高产品质量、使用和维护方便等方面的无可比拟的优势，在交流传动中得到广泛的使用。

变频器是把工频电源变换成各种频率的交流电源，以实现电机变速运行的电气设备。它主要由控制电路、整流电路、直流中间电路和逆变电路构成，分别完成对主电路的控制，使交流变直流，平滑滤波容易把直流逆变成交流。对于部分特种变频器，还配置有进行转矩计算的CPU（中央处理器）和相应电路，其主要电器元件包括晶闸管、整流二极管和大功率绝缘栅双极型晶体管开关等非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他设备产生谐波干扰。再加上变频器采用的PWM（脉冲宽度调制）控制技术在高速切换时，会产生耦合性噪声，因此，这就导致系统的EMI（电磁干扰）日益严重，相应的，电磁兼容性EMC也就日渐突显出其重要性。EMI轻则使微处理器失控，控制失灵；重则损坏系统硬件，造成设备损毁和生产事故。因此，有必要对变频器应用系统中的抗干扰能力进行探讨。当然，我们首先应该了解干扰的来源和传播方式，然后“对症治疗”，并提出抗干扰措施，合理地运用抑制手段，让系统实现电磁兼容。

1 干扰信号的传播途径分析

变频器工作时，它作为一个强大的电磁干扰源能产生大功率谐波，会对其他电子设备或电气系统产生强干扰（也称电磁骚扰EMI），其干扰途径与普通电磁干扰相同，即通过电路传导和以场的形式传播，包括传导、电磁辐射、感应耦合3种方式，主要途径如图1所示。

1.1 传导

传导主要是通过电源网络传播。尤其是对于大容量变频器，其所产生的谐波使电网中其他谐波源产生有害的干扰，例如各种整流设备、照明设备在工作时产生电压、电流的波形畸变。同时，电网中的谐波也反作用于变频器的供电电源，这种“污染”若不能被及时处理，电网噪声就会通过电网电源干扰变频器，使供电电源出现过压、掉电、浪涌、跌落等不正常的工作现象，影响其他设备工作。而在输出端产生的传导干扰也会增加驱动的电机铜损、铁损，干扰电机的正常运转，降低电机的运行效率。

1.2 感应耦合

当变频器的输入（输出）电路与其他设备距离较近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。其主要形式有两种：电磁感应方式和静电感应方式，两者分别是电流干扰和电压干扰信号的主要方式。这些干扰主要出现在干扰源电磁波辐射能力相当有限且干扰源又不直接与其他导体连接的情况下。

1.3 电磁辐射

电磁辐射即以电磁波方式向空中辐射，一般是高频率谐波的主要传播方式。其场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗和干扰源的发射频率。由于采用PWM技术，所产生的高载波频率引起的辐射干扰相当突出。

2 变频器电磁干扰的抑制措施

根据电磁的基本原理，形成EMI要具备电磁干扰源、电磁干扰传播途径、敏感设备。因此，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其总原则是抑制和消除干扰源，切断传播途径，提高敏感设备的抗扰度。工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

2.1 滤波

目前已有多种用于阻断EMI传播途径的滤波器，实践表明，经过正确设计的滤波器，确实可以降低系统EMI发射强度，这也是实现电磁兼容的重要手段。在生产中，为减少电磁噪声和损耗，在变频器输入和输出端常设置滤波器。输入端滤波器和输出端滤波器各配接一定的高频电容器电容和电感线圈，分别构成LC滤波器和电感滤波，用以抑制变频器输入端产生的高次谐波和输出端传导干扰、低频辐射干扰，保护临近电器设备不受干扰，降低电机电磁噪声，减小电机的损耗。

2.2 隔离

所谓“隔离”是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使两者之间不产生电的联系。例如，在变频调速传动系统中，常通过安装隔离变压器来抑制强电和弱电电路间的电磁干扰，通过安装带稳压作用的隔离变压器，来提高电源干扰比较严重场合的系统的可靠性。电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。此外，在强电和弱电线路没有直接联系的地方，可通过限定强电和弱电线路距离的最小值来减小电磁干扰。

2.3 屏蔽

抑制干扰最有效的方法就是屏蔽干扰源。通常利用变频器自带金属外壳进行屏蔽（屏蔽罩需可靠接地），输出线多用钢管屏蔽。变频器是利用外部信号控制的情况下，信号线不宜过长（<20 m），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电线和控制线完全分离，周围电子敏感设备线路也要求进行屏蔽。

2.4 接地

实践证明，接地是抑制噪声和防止干扰的最简单也是最直接的手段。良好的接地方式可大幅度降低内部噪声的耦合，抵制外部干扰的侵入。变频器的接地方式较多，常用的主要包括多点接地、单点接地、经母线接地等。接地操作中要防止零线和地线不分、接地不良和控制系统屏蔽乱接的操作失误，以保证接地的有效性。对于变频器本身的专用接地端子PE端（接地导线的截面积A>2.5 mm2，长度L<20 m），不可以将地线接在零线或电器设备的外壳上。

3 结束语

目前，变频器的电磁兼容EMC设计还不成熟，但随着变频器相关新技术和新理论的不断涌现，未来变频器的电磁兼容EMC设计会大有前途，变频器应用中存在的不足一定会得到圆满解决，当然这一切还有待我们不断的努力。

参考文献

[1]王廷才.变频原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：李珏〕

摘 要：随着变频器在交流传动中的广泛使用，其电磁干扰问题也越来越受重视，通过分析变频器电磁干扰的主要干扰源和干扰传播途径，提出抑制变频器电磁干扰的主要方法。

关键词：变频器；电磁干扰；传播；解决办法

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）03-0047-02

近年来，电力电子技术、传感器技术、计算机控制技术和自动控制技术的不断推陈出新，使整个电气传动领域开始了一场技术变革。伴随交流电机调速研究成果的不断涌现，交流传动大有取代直流传动的趋势，其控制方法也逐渐由计算机数字控制技术转变为模拟控制技术。同时，变频调速技术也在不断完善，凭借节能减耗、改善环境、工艺流程优化、调速精度高、过载保护能力强、响应快速、提高产品质量、使用和维护方便等方面的无可比拟的优势，在交流传动中得到广泛的使用。

变频器是把工频电源变换成各种频率的交流电源，以实现电机变速运行的电气设备。它主要由控制电路、整流电路、直流中间电路和逆变电路构成，分别完成对主电路的控制，使交流变直流，平滑滤波容易把直流逆变成交流。对于部分特种变频器，还配置有进行转矩计算的CPU（中央处理器）和相应电路，其主要电器元件包括晶闸管、整流二极管和大功率绝缘栅双极型晶体管开关等非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他设备产生谐波干扰。再加上变频器采用的PWM（脉冲宽度调制）控制技术在高速切换时，会产生耦合性噪声，因此，这就导致系统的EMI（电磁干扰）日益严重，相应的，电磁兼容性EMC也就日渐突显出其重要性。EMI轻则使微处理器失控，控制失灵；重则损坏系统硬件，造成设备损毁和生产事故。因此，有必要对变频器应用系统中的抗干扰能力进行探讨。当然，我们首先应该了解干扰的来源和传播方式，然后“对症治疗”，并提出抗干扰措施，合理地运用抑制手段，让系统实现电磁兼容。

1 干扰信号的传播途径分析

变频器工作时，它作为一个强大的电磁干扰源能产生大功率谐波，会对其他电子设备或电气系统产生强干扰（也称电磁骚扰EMI），其干扰途径与普通电磁干扰相同，即通过电路传导和以场的形式传播，包括传导、电磁辐射、感应耦合3种方式，主要途径如图1所示。

1.1 传导

传导主要是通过电源网络传播。尤其是对于大容量变频器，其所产生的谐波使电网中其他谐波源产生有害的干扰，例如各种整流设备、照明设备在工作时产生电压、电流的波形畸变。同时，电网中的谐波也反作用于变频器的供电电源，这种“污染”若不能被及时处理，电网噪声就会通过电网电源干扰变频器，使供电电源出现过压、掉电、浪涌、跌落等不正常的工作现象，影响其他设备工作。而在输出端产生的传导干扰也会增加驱动的电机铜损、铁损，干扰电机的正常运转，降低电机的运行效率。

1.2 感应耦合

当变频器的输入（输出）电路与其他设备距离较近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。其主要形式有两种：电磁感应方式和静电感应方式，两者分别是电流干扰和电压干扰信号的主要方式。这些干扰主要出现在干扰源电磁波辐射能力相当有限且干扰源又不直接与其他导体连接的情况下。

1.3 电磁辐射

电磁辐射即以电磁波方式向空中辐射，一般是高频率谐波的主要传播方式。其场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗和干扰源的发射频率。由于采用PWM技术，所产生的高载波频率引起的辐射干扰相当突出。

2 变频器电磁干扰的抑制措施

根据电磁的基本原理，形成EMI要具备电磁干扰源、电磁干扰传播途径、敏感设备。因此，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其总原则是抑制和消除干扰源，切断传播途径，提高敏感设备的抗扰度。工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

2.1 滤波

目前已有多种用于阻断EMI传播途径的滤波器，实践表明，经过正确设计的滤波器，确实可以降低系统EMI发射强度，这也是实现电磁兼容的重要手段。在生产中，为减少电磁噪声和损耗，在变频器输入和输出端常设置滤波器。输入端滤波器和输出端滤波器各配接一定的高频电容器电容和电感线圈，分别构成LC滤波器和电感滤波，用以抑制变频器输入端产生的高次谐波和输出端传导干扰、低频辐射干扰，保护临近电器设备不受干扰，降低电机电磁噪声，减小电机的损耗。

2.2 隔离

所谓“隔离”是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使两者之间不产生电的联系。例如，在变频调速传动系统中，常通过安装隔离变压器来抑制强电和弱电电路间的电磁干扰，通过安装带稳压作用的隔离变压器，来提高电源干扰比较严重场合的系统的可靠性。电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。此外，在强电和弱电线路没有直接联系的地方，可通过限定强电和弱电线路距离的最小值来减小电磁干扰。

2.3 屏蔽

抑制干扰最有效的方法就是屏蔽干扰源。通常利用变频器自带金属外壳进行屏蔽（屏蔽罩需可靠接地），输出线多用钢管屏蔽。变频器是利用外部信号控制的情况下，信号线不宜过长（<20 m），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电线和控制线完全分离，周围电子敏感设备线路也要求进行屏蔽。

2.4 接地

实践证明，接地是抑制噪声和防止干扰的最简单也是最直接的手段。良好的接地方式可大幅度降低内部噪声的耦合，抵制外部干扰的侵入。变频器的接地方式较多，常用的主要包括多点接地、单点接地、经母线接地等。接地操作中要防止零线和地线不分、接地不良和控制系统屏蔽乱接的操作失误，以保证接地的有效性。对于变频器本身的专用接地端子PE端（接地导线的截面积A>2.5 mm2，长度L<20 m），不可以将地线接在零线或电器设备的外壳上。

3 结束语

目前，变频器的电磁兼容EMC设计还不成熟，但随着变频器相关新技术和新理论的不断涌现，未来变频器的电磁兼容EMC设计会大有前途，变频器应用中存在的不足一定会得到圆满解决，当然这一切还有待我们不断的努力。

参考文献

[1]王廷才.变频原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：李珏〕

摘 要：随着变频器在交流传动中的广泛使用，其电磁干扰问题也越来越受重视，通过分析变频器电磁干扰的主要干扰源和干扰传播途径，提出抑制变频器电磁干扰的主要方法。

关键词：变频器；电磁干扰；传播；解决办法

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）03-0047-02

近年来，电力电子技术、传感器技术、计算机控制技术和自动控制技术的不断推陈出新，使整个电气传动领域开始了一场技术变革。伴随交流电机调速研究成果的不断涌现，交流传动大有取代直流传动的趋势，其控制方法也逐渐由计算机数字控制技术转变为模拟控制技术。同时，变频调速技术也在不断完善，凭借节能减耗、改善环境、工艺流程优化、调速精度高、过载保护能力强、响应快速、提高产品质量、使用和维护方便等方面的无可比拟的优势，在交流传动中得到广泛的使用。

变频器是把工频电源变换成各种频率的交流电源，以实现电机变速运行的电气设备。它主要由控制电路、整流电路、直流中间电路和逆变电路构成，分别完成对主电路的控制，使交流变直流，平滑滤波容易把直流逆变成交流。对于部分特种变频器，还配置有进行转矩计算的CPU（中央处理器）和相应电路，其主要电器元件包括晶闸管、整流二极管和大功率绝缘栅双极型晶体管开关等非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他设备产生谐波干扰。再加上变频器采用的PWM（脉冲宽度调制）控制技术在高速切换时，会产生耦合性噪声，因此，这就导致系统的EMI（电磁干扰）日益严重，相应的，电磁兼容性EMC也就日渐突显出其重要性。EMI轻则使微处理器失控，控制失灵；重则损坏系统硬件，造成设备损毁和生产事故。因此，有必要对变频器应用系统中的抗干扰能力进行探讨。当然，我们首先应该了解干扰的来源和传播方式，然后“对症治疗”，并提出抗干扰措施，合理地运用抑制手段，让系统实现电磁兼容。

1 干扰信号的传播途径分析

变频器工作时，它作为一个强大的电磁干扰源能产生大功率谐波，会对其他电子设备或电气系统产生强干扰（也称电磁骚扰EMI），其干扰途径与普通电磁干扰相同，即通过电路传导和以场的形式传播，包括传导、电磁辐射、感应耦合3种方式，主要途径如图1所示。

1.1 传导

传导主要是通过电源网络传播。尤其是对于大容量变频器，其所产生的谐波使电网中其他谐波源产生有害的干扰，例如各种整流设备、照明设备在工作时产生电压、电流的波形畸变。同时，电网中的谐波也反作用于变频器的供电电源，这种“污染”若不能被及时处理，电网噪声就会通过电网电源干扰变频器，使供电电源出现过压、掉电、浪涌、跌落等不正常的工作现象，影响其他设备工作。而在输出端产生的传导干扰也会增加驱动的电机铜损、铁损，干扰电机的正常运转，降低电机的运行效率。

1.2 感应耦合

当变频器的输入（输出）电路与其他设备距离较近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。其主要形式有两种：电磁感应方式和静电感应方式，两者分别是电流干扰和电压干扰信号的主要方式。这些干扰主要出现在干扰源电磁波辐射能力相当有限且干扰源又不直接与其他导体连接的情况下。

1.3 电磁辐射

电磁辐射即以电磁波方式向空中辐射，一般是高频率谐波的主要传播方式。其场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗和干扰源的发射频率。由于采用PWM技术，所产生的高载波频率引起的辐射干扰相当突出。

2 变频器电磁干扰的抑制措施

根据电磁的基本原理，形成EMI要具备电磁干扰源、电磁干扰传播途径、敏感设备。因此，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其总原则是抑制和消除干扰源，切断传播途径，提高敏感设备的抗扰度。工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

2.1 滤波

目前已有多种用于阻断EMI传播途径的滤波器，实践表明，经过正确设计的滤波器，确实可以降低系统EMI发射强度，这也是实现电磁兼容的重要手段。在生产中，为减少电磁噪声和损耗，在变频器输入和输出端常设置滤波器。输入端滤波器和输出端滤波器各配接一定的高频电容器电容和电感线圈，分别构成LC滤波器和电感滤波，用以抑制变频器输入端产生的高次谐波和输出端传导干扰、低频辐射干扰，保护临近电器设备不受干扰，降低电机电磁噪声，减小电机的损耗。

2.2 隔离

所谓“隔离”是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使两者之间不产生电的联系。例如，在变频调速传动系统中，常通过安装隔离变压器来抑制强电和弱电电路间的电磁干扰，通过安装带稳压作用的隔离变压器，来提高电源干扰比较严重场合的系统的可靠性。电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。此外，在强电和弱电线路没有直接联系的地方，可通过限定强电和弱电线路距离的最小值来减小电磁干扰。

2.3 屏蔽

抑制干扰最有效的方法就是屏蔽干扰源。通常利用变频器自带金属外壳进行屏蔽（屏蔽罩需可靠接地），输出线多用钢管屏蔽。变频器是利用外部信号控制的情况下，信号线不宜过长（<20 m），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电线和控制线完全分离，周围电子敏感设备线路也要求进行屏蔽。

2.4 接地

实践证明，接地是抑制噪声和防止干扰的最简单也是最直接的手段。良好的接地方式可大幅度降低内部噪声的耦合，抵制外部干扰的侵入。变频器的接地方式较多，常用的主要包括多点接地、单点接地、经母线接地等。接地操作中要防止零线和地线不分、接地不良和控制系统屏蔽乱接的操作失误，以保证接地的有效性。对于变频器本身的专用接地端子PE端（接地导线的截面积A>2.5 mm2，长度L<20 m），不可以将地线接在零线或电器设备的外壳上。

3 结束语

目前，变频器的电磁兼容EMC设计还不成熟，但随着变频器相关新技术和新理论的不断涌现，未来变频器的电磁兼容EMC设计会大有前途，变频器应用中存在的不足一定会得到圆满解决，当然这一切还有待我们不断的努力。

参考文献

[1]王廷才.变频原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：李珏〕