变频器干扰问题分析及对策

王伟超

（漯河技师学院，河南 漯河462000）

随着现代化工业的不断发展，变频器无可避免地普及在各个设备密集的厂房中，而其产生的电磁干扰已经成为了工厂供电、自动化设备运作等正常工作的阻碍。一旦在出现此类电磁干扰现象的时候没有及时地加以防范控制，那么可能会出现设备动作失误，生产线运行不畅等影响工厂正常运转的严重后果。因此，及时对变频器产生电磁干扰的原理进行分析，切实地解决这一安全隐患是现阶段工业化生产刻不容缓的任务与责任。

1 变频器的工作原理

1.1 变频调速的构成。变频器的调速需要通过交流电的方向性和周期性才可实现，但我国的国家电网只能提供频率为50 赫兹的交流电。因此，变频器需要使用一整套装置来实现交流电频率的改变的全过程。目前可以见到的变频器的构成主要包括主电路和控制电路。主电路包括：整流器、平波回路和逆变器。整流器可将交流电变换为直流电，主要构成组件为二极管。也可以使用晶体管来构成一个使得电流可逆的转换器。因其方向可发生改变，所以可以进行再生转运，平波回路可吸逆变器当中产生的脉冲干扰。

1.2 变频调速的基本要求。其基本要求是以充分利用铁心材料为基础，同时需要电动机在额定功率和额定电压下工作时的气息磁接近饱和。如果磁芯太大，电流就会迅速增加，电阻就会升温，功率就会降低。如果绕阻发热过于严重，可能会直接导致电动机发生损坏。因此，只有通过调整磁通量的方式，才能保证电动机的转矩相对不变。保证变频调速基本合理是使变频器正常工作的前提之一。

1.3 变频器的分类。变频器的分类主要包括以下几种：可以按照变换频率的方法、电压的调节方式、控制方式、主开关部件以及输入的电压等级进行分类。变换频率的方法，主要分为直接变频和间接变频。直接变频指可将工频交流电直接转换成频率、电压均可以控制的交流，间接变频是指先将电网中的交流电转化为直流电，然后再将直流电转化为频率可以进行调节的交流电。间接变频器是目前主要应用于各种电器设备当中，应用领域和范围相对广泛。按照输出电压调节方式可分为：PAM输出电压调节方式变频器和PWM输出电压调节方式变频器。按控制方式可分为U/f控制方式和转差率控制方式两种。按主开关部件可分为：IGBT、GOT、BJT三种。按电压分类，可分为低压变频器（220V 和380V）、中压变频器（660V和1140V）、高压变频器（3KV、6KV、6.6KV、10KV）。用于各种家用电器和工厂。

2 变频器产生电磁干扰问题的原理

2.1 整流电路在工作时易产生谐波电流。整流器由于其自身系统当中，电压与电流不成线性关系的特殊性，导致整流器在运行过程中易产生谐波电流。整流器产生的谐波电流会使供电系统的阻抗降低，从而降低电压效应。当电压降低时，电压波形容易失真。这种扭曲的电压会干扰许多电子设备。大部分电子元件的工作条件为正弦电压，而电压畸变会导致正弦电压顶部变平，使得电子设备工作故障。在谐波电流相对固定的情况下，电源相对较弱时，电压正弦图的变形会更加严重。曾经有报告显示，部分船只产生电压畸变的情况高达四分之一（这是由于船只的电源相对较弱导致的）。这种在同一电路网络中产生的电压畸形，无法通过控制变频器距离的方式改善电磁干扰问题[1]。

2.2 电源输入端的逆变电流易导致射频干扰电流的产生。逆变电路作为高效通断的开关电路，它以脉冲的形式从直流母线中吸取电流。虽然平滑电容可以提供这种脉冲电流的绝大部分，但仍会有部分反应到交流母线上，这种模式称为射频干扰电流。除此之外，逆变电流本身也会产生电磁辐射，这部分能量也会耦合到变频器的输入端（共模电流）。射频电流可以在电力网络中产生射频电压，干扰同一电网中的其他设备。此外，RF 电流还会产生电磁辐射，这也会干扰逆变器周围的电子设备。这些电子设备即使不在同一个电网，也会造成干扰。区别电子设备是受到脉冲电流干扰还是电磁辐射的方法是:改变电子设备的位置来判断是否受到干扰。如果位置变化仍受干扰，则为脉冲电流干扰；若改变位置后干扰减轻，则为电磁辐射干扰[2]。

2.3 变频器的输出电缆产生的电磁波辐射。变频器输出电缆上的电压包括了丰富且复杂的高频成分，这些高频成分由于电缆线之间的间距问题会产生邻近效应。邻近效应又会导致电磁波辐射，产生辐射性感染。变频器载波频率的高低，电压的高低，电缆的长短等因素均可影响电磁波辐射的强度。载波频率越低，辐射越弱，反之，辐射越强，电压和电缆线亦是如此。判断电子设备是否受到辐射干扰最显著的依据是：电子设备受到干扰的严重程度会随着距离的靠近而逐步递增[3]。

3 减少变频器干扰的意义

3.1 减少电磁辐射的影响。变频器如果不是处在一个用金属封闭的空间当中，变频器就会发射电磁辐射，电磁辐射会导致其他用电设备内部电子元件运行异常。转换器的辐射强度取决于转换器的电流强度、干扰源的辐射阻抗和干扰源的发射频率。另外，假如变频器的外部密封不严可能会加大电磁辐射。当孔洞和缝隙的频率与变频器电磁干扰频率相近时，则会产生多次干扰。

3.2 减少变频器干扰的传导路径。除电磁干扰外，混频器还可通过电路网络产生外部干扰，或通过电网产生外部干扰。较为常见的例子是：部分民用网络的电器会有时受到距离很远的工业变频器的影响。部分位于低压工业网络的变频器产生的干扰信号，可以通过电网传输至中级电压网络中。接着，经过电网传输，该干扰可沿电网进入其他民用电网的配电变压器当中，最终影响位于民用低压网络的用电器。为了解决这个问题，我们可以通过减小外置混频器的干扰来减小干扰。通过这种方法，可以减少混频器对同一电网中电气设备的影响，减少设备故障的发生。

3.3 减少噪音产生和设备损耗。变频器的输入端由于电磁干扰和变频器自身运转时功能的影响，会有电磁噪声放出。谐波会使变压器内部的机械电子元件产生有规律且频率较高的震动，同时会导致电子元件过热、使用时间大幅缩短甚至损坏。谐波还会滋扰电子装备内部软件和硬件的运行，增添装备的消耗。另外，谐波的产生也可能使得部分电子仪表出现失灵的现象。

4 抗电磁干扰的相应对策

4.1 隔离干扰。电磁扰乱的产生主要包括干扰源和易受干扰的部分，因此断绝干扰途径主要通过阻断这两部分来达到屏蔽效果。屏蔽干扰源是隔离干扰的有效方法。通常变频器外周是由铁壳覆盖，可以很好的阻断电磁干扰的外传。铁壳的要求尽量是以密封较好的铁壳为主，留有缝隙和孔洞的铁壳可能会导致电磁干扰被放大。

4.2 合理布局电线的排布。通过实际的调研发现，部分屏蔽器周围的电线排布和电线连接并不理想。首先，可以改进混频器地线的连接。合理安装接地线可以改善外界环境对转炉的干扰，减少转炉产生的电磁干扰。应该做两件事：转换器主电路的终端需要接地。电线的合理排布可包括：设备的电源线应当适当远离产品线的输入线；其他设备的电源线与输入线应当尽量避免与屏蔽器的线路平行排布（否则易导致产生电流场互相影响）。合理的排线布局可以有效地减少干扰的发生。

4.3 安装电磁干扰滤波器。过滤器主要是通过集成电磁辐射来减少混频器对其他电子设备产生的电磁干扰。变频器如果要满足相应生产安装要求，必须要安装相关的电磁干扰滤波器对干扰进行屏蔽，因此在安装不同变频器的滤波器时需要进行配对。更常用的滤波器包括数字滤波器，可编程滤波器，无源滤波器和有源滤波器。数字滤波器主要是通过将从外部进行信号输出，对变频器的干扰进行整合从而降低干扰的产生。

5 结论

随着自动化工业的蓬勃发展，变频器的使用自然也日渐普及，继而出现的一系列电磁干扰问题自然也需要通过各种手段去及时处理、解决。通过充分了解到的变频器工作原理，便能够准确地掌握解决变频器对于工业生产的严重影响的方式方法。于是，隔离干扰、合理布局电线的排布以及安装电磁干扰滤波器便成为了能够解决电磁干扰问题应当首要抓住的角度，这是更从改变变频器自身以及补救措施两个角度延伸出来的技术。