变频器应用中干扰分析

变频器应用中干扰分析（精选8篇）

变频器应用中干扰分析 篇1

1 引言

变频器在工业生产及日常生活的许多领域已广泛应用。变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技, 它以较好的调速和节能性能应用到了工业控制的各个领域中, 但带来的变频系统的电磁干扰也比较严重。变频器系统的干扰主要有两个方面:一是变频器对其他电子设备、通信设备和无线电等产生的干扰。二是电网中的谐波干扰变频器的正常工作。下面主要探讨一下变频器系统干扰问题及抗干扰措施。

2 电磁辐射和高次谐波干扰的危害

1) 磁辐射使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受干扰, 严重时使系统无法得到正确的检测信号, 或是系统紊乱。

2) 谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗, 降低了输变电及用电设备的效率。

3) 谐波可以通过电网传导到其他的用电器, 影响了许多电气设备的正常运行。

4) 谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振, 从而使谐波放大。

5) 谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护设置的误动作, 使电器仪表计量不准确, 甚至无法正常工作。

3 变频器的主要干扰源

电磁干扰 (EMI) , 是外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰, 通常是通过电路传导和以场的形式传播。变频器的整流电路对电网来说是非线性负载, 它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外, 变频器的逆变大多采用PWM技术, 其工作于开关模式并作高速切换, 产生大量耦合性噪声。变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。

1) 变频器的输入和输出电流中, 都含有很多高次谐波成分和能构成电源无功损耗的较低次谐波。它们将以各种方式把自己的能量传播出去, 形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。

2) 电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源, 如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变, 从而对电网中其它设备产生干扰。

供电电源对变频器的干扰主要有:过压、欠压、瞬时掉电, 浪涌, 尖峰电压脉冲, 射频干扰等。

3) 晶闸管换流设备对变频器的干扰。当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时, 由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通, 容易使网络电压出现凹口, 波形严重失真。它使变频器输入测的整流电路有可能因出现较大的反向电压而受到损害, 从而导致输入回路击穿而烧毁。

4) 电力补偿电容对变频器的干扰。在补偿电容投入或切除的暂态过程中, 供电网络电压有可能出现很高的峰值, 其结果是可能使变频器的整流设备因承受过高的反向电压而被击穿。

4 电磁干扰传播途径

变频器能产生功率较大的谐波, 对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的, 主要为空间辐射干扰即电磁辐射干扰、耦合干扰、电源干扰。具体为:电气、电子设备的高密度使用, 使空间电磁波被污染的状况越来越严重, 这些干扰源产生的辐射波频率范围广且无规律, 可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰, 这些电压噪声均会通过电源内阻耦合到变频器的电路, 给系统造成极大的危害。

5 抑制电磁干扰的技术措施

抑制干扰的具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

1) 隔离所谓干扰的隔离, 就是变频系统的供电电源与其它设备的供电电源相互独立, 或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器, 切断谐波电流的传输途径, 使它们不存在电的联系。通常是在电源和放大器电路之间的电源线上加装隔离变压器以免传导干扰, 电源隔离变压器可采用噪声隔离变压器。为避免传导干扰, 应尽量减少变频器与控制系统不必要的连线。

2) 滤波给变频器输入侧加装EMI滤波器, 可以有效抑制变频器对电网的传导干扰。加装输入交流和直流电抗器, 可以提高功率因数, 减少输入谐波。为减少电磁噪声和损耗, 可在变频器输出侧设置输出滤波器。若线路中有敏感电子设备, 可在电源线上设置电源噪声滤波器以避免传导干扰。

3) 屏蔽屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽, 不让其电磁干扰泄漏。在电动机和变频器之间的电缆应穿钢管覆设或使用铠装电缆。为使屏蔽有效, 屏蔽罩必须可靠接地, 这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。

4) 接地正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰, 又能降低设备本身对外界的干扰, 提高系统的抗干扰能力。在实际应用系统中, 有时由于系统电源零线、地线不分, 控制系统屏蔽地的混乱连接, 大大降低了系统的稳定性和可靠性。对于变频器, 主回路端子PE (E、G) 的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段, 因此在应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm, 长度控制在20m以内。建议将变频器的接地点与其他动力设备的接地点分开。

6 解决干扰实例

1) 一台数控机床, 主轴电动机用变频器控制, 手脉数字常变化。

解决方法:可以断定是变频器电磁干扰。将手脉引线更换为屏蔽电缆, 并将屏蔽线接地, 远离变频器, 故障消除。

2) 一台变频器改造后的注塑机, 采用热电偶检测加热单元的温度, 温度显示和控制不准确, 注塑机不能正常运行。分析原因, 热电偶检测元件容易受到谐波干扰, 可能是热电偶被谐波干扰所致。

解决方法:缩短变频器与注塑机电动机之间的连线, 动力线用金属软管套装, 并远离温度检测线;在变频器近端主回路线缆加装电抗器或磁环;重新紧固变频器接地;给注塑机内部温控电偶供电电源加阻容滤波电路。

7 小结

干扰的分布参数是很复杂的, 因此在抗干扰时, 应当采取适当的措施, 既要考虑效果, 又要考虑价格因素, 还要视现场情况而定, 通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析, 提出了解决这些问题的实际方法, 随着新技术和新理论不断在变频器上的应用, 变频器应用中目前存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。

摘要：变频器在工业生产中的应用越来越广泛, 系统的干扰问题日益突出。这里系统的介绍了变频器应用系统中干扰的产生及其传播途径, 提出了抗干扰的实际解决方法, 阐述了在变频器应用系统中抑制干扰的具体技术措施。

关键词：变频器,干扰,高次谐波,电磁干扰

变频器应用中干扰分析 篇2

近年来，随着变频器本身功能的不断完善，交流调速技术有了长足的进步，如何在不同应用条件下充分开发变频器自身功能、有效的降低设备的改造成本已成为一个重要问题。与通常的控制方式相比，利用变频器直流制动功能实现交流拖动系统准确停车的设计方案省去了价值昂贵的变频器专用制动单元/制动电阻，有效降低了设备改造成本，工作稳定可靠、控制精度高。

2.VVVF能耗制动的理论分析

通用变频器提供的制动方式主要有：能耗制动、再生制动、整流回馈等。在转动惯量较大的工况条件下，变频器厂家所建议采用的一般方式是外接制动电阻和制动单元的再生制动方式，某些情况下可以配合采用直流制动。这一设计思路基本为大多数目内用户所接受，并在实际使用中获得了较好的效果。但该方案需另外购买变频器厂家提供的专用制动单元/制动电阻，无形中增大了改造成本。

所谓“直流制动”，一般指当变频器的输出频率接近为零，电机的转速降低到一定数值时，变频器改向异步电动机定子绕组中通入直流，形成静止磁场，此时电动机处于能耗制动状态，转动着的转子切割该静止磁场而产生制动转矩，使电动机迅速停止。在电动机制动过程中，由于变频器输出频率逐渐降低，则定子绕组内的同步磁场转速低于转子转速，电动机处于再生制动过程，此时旋转系统存储的动能转换成电能热损耗的形式消耗于异步电动机的转子回路中，为防止电动机减速过程中所形成的再生发电制动以及直流制动过程中的能量回馈，造成变频器和电机的损坏，需串入专用制动单元/制动电阻。

一般交流电动机制动时的机械特性曲线，

设A点为正常工作点。电动机同步旋转磁场转速为：

为电机同步转速，为电源频率，为电动机磁极对数。

在通常电动机的制动过程中，电动机先减速，电动机同步旋转磁场转速低于转子转速，工作点在同一转速下由曲线①的A点跳至曲线②的B点，即从第一象限过渡到第二象限称之为同一转速下特性的跳转，则电机得到反方向的制动转矩T进入发电制动状态，拖动系统沿图1中曲线②迅速降速，当低于某一转速后，向定子绕组输入直流，形成固定磁场，产生制动转矩。在这一过程中，电机将经过再生发电制动和能耗制动而最终停止。

从理论上分析，如果能够控制电动机同步磁场的转速缓慢下降，使电动机在同一转速下特性跳转时，特性曲线维持在第一象限，如图1中虚线组③所示缓慢降速，不跳转至第二象限则拖动系统在降速过程中可以有效的避免发生再生制动过程。如图1所示，当电机转速在小于临界转速nh的情况下接入直流进行制动，并相应控制接入直流的大小和时间，理论上分析电机只经历有限的能耗制动阶段，不会过热。而变频器良好的内、外特性可以保证上述各项条件的满足。

但是，采用该方法有一些必要的前提条件，首先，系统不能频繁进行启/停，否则会造成变频器直流电路故障。其次，提升机、电梯等下放重物的工况不适宜采用。再次，系统降速时间不能过短，即降速不能过快，否则工作点将进入第二象限发生再生制动过程，引起电机过热。

3.结束语

变频器应用中干扰分析 篇3

【关键词】PLC控制系统干扰源分析处理措施

随着PLC控制系统及变频器等工业生产自动化系统的应用越来越普及和广泛，人们对控制系统及设备的安全性、可靠性要求越来越高，控制系统的稳定运行能力成为安全生产的核心。自动化控制系统中的关键设备PLC控制器、变频器，主要是用在生产现场，生产现场的电气设备和线路形成了复杂的电磁干扰信号。要提高自动化控制系统的稳定运行能力，必须解决各种电磁干扰的影响，才能有效保证系统可靠运行。

一、电磁干扰信号分析

1、主要的电磁干扰信号可以分为共模干扰信号和差模干扰信号。共模干扰主要是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰。共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰，由地电位差及电磁辐射在信号线上感应的同方向共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输送的共模电压普遍较高，有的可高达上百伏，直接影响测控信号，造成元器件损坏。

差模干扰是存在于相线与相线，以及相线与中线之间的干扰。两路输入的干扰信号，大小不相等，或方向不相同。有的通过安装隔离变压器能解决问题。

2、现场实践证明，因电源的干扰产生干扰信号造成PLC控制系统故障的情况占据了相当大的比例，例如在一次安装矿用绞车信号设备时，出现了绞车信号打点时，皮带信号同时也响；皮带信号打点时，绞车信号也响的故障现象。由于打点信号互相影响，直接影响现场的安全生产，通过现场分析实验，发现由于绞车信号和皮带信号接在同一台综保开关上，使用同一路电源相互影响干扰造成。

3、部分控制系统的信号传输回路，为了避免干扰，信号部分和接收设备的公共线都要接地，应尽量使用隔离器将两个接地隔离开。例如一些温度流量的测量调节系统，设备在现场和控制室都需要接地；由于地电位差的存在，如果出现一个以上的接地点就会形成地回路，使仪表引入干扰，因此同一信号回路、同一屏蔽层或排扰线最好有一个接地点，避免有多个接地点，除了既定接地以外，其他部位应与一切金属部分隔离。信号回路的接地位置根据仪表类型决定。温度流量传感器等应在现场接地。避免影响信号精确度和在输入、输出设备中的传输效果。消除感应及外部输入信号形成的干扰。

二、消除自动控制系统干扰源的措施

1、完善可靠的接地措施。其中电源电缆两端接地，电机接地端接在电源段接地排上，最终汇入动力柜汇流排。信号线缆中模拟信号大多单端接地，消除双端接地时地电势不同引起的地电流干扰信号。而对于数字信号大多采用双端接地。带屏蔽单端接地是在电缆一端将金属屏蔽层接地，而另一端不直接接地。在单端接地的情况下，没有接地的一端屏蔽层对地之间有感应电压存在，其电压与电缆长度成正比，但是不会形成电流环流，屏蔽层一端接地利用压制电势电位差消除电磁干扰。在电缆长度不超过一定距离的情况下，效果较好。信号电缆屏蔽层双端接地时，屏蔽层金属端没有感应电压存在，但是有可能感应出电流环流，所以要消除周围干扰信号影响。

如果系统单独设置接地线，接地线必须符合标准，微机系统接地电阻应小于四欧姆。应与周围柜体、设备外壳连接一致，增大接地体的物理面积，使控制系统与周围电器、设备、控制柜等物体之间消除电位差，避免形成干扰信号。

2、利用信号隔离器解决干扰问题。将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。在控制系统的输入端和输出端中间安装信号隔离器后，可以有效预防干扰信号。

3、为了避免电磁辐射引起的干扰，在控制系统中采用隔离性能较好电源，如果条件允许接入电抗器。接地线尽量靠近变频器，远离电源线，变频器所用的接地线必须与其他设备接地线分开接地，绝对避免把所有设备接地线连在一起后再接地，同时变频器的接地端子不可与零线相接。

4、正确敷设、选用系统电缆线路，避免感应耦合引起的干扰。控制电路采用屏蔽线，当控制线和变频器相接时，屏蔽层可不用接地，而只需将其中一端接至变频器信号公共端即可，注意屏蔽层不论接公共端还是接地，只能在一端进行，且不可两端都接。其中控制线尽量远离输入输出线。控制线在空间上应尽量和输入输出线交叉，最好是垂直交叉，而不要平行。两根控制线相邻是可以相绞。以减少电磁干扰。

三、变频器对控制系统干扰分析

1、通过现场实践证明，变频器对现场控制系统干扰最大的是高次谐波干扰。

变频器的工作过程就是一个在控制系统处理下不斷的整流、逆变输出的过程。在工作过程中，必然产生各类高次谐波干扰。变频器产生的谐波使电力电容器产生额外的损耗，同时谐波使电压波形畸变产生尖峰电压，损害电容器的绝缘。如果变频器谐波频率与电容器和系统的其他部分构成的串联或并联谐振回路的谐振频率相等或相接近时就会出现谐振，影响电容设备正常运行。还对附近的电子仪表设备产生各种干扰，影响设备正常检测、计量和控制。

2、降低变频器干扰的方法

根据干扰频段的不同，可以在变频器输入端安设滤波器；可以选择降低变频器载波频率，或者在变频器的电源出入线采取增加电抗器、接线采用屏蔽线并且要求二端良好接地，也可对线路增加金属管护套。对变频器本身采取良好可靠接地措施，缩短接线。如果条件允许，可以将变频率器单独装设在专用金属电器柜内，把变频器输出端与电机之间的联线，换成铠装电缆。

PLC控制系统及变频器等工业生产自动化系统是现代生产系统的核心控制部分，只有采取必要的抗干扰措施，消除或减少干扰源，才能保证生产系统可靠、稳定的运行。

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变频器应用中干扰分析 篇4

关键词：变频器,应用,干扰,方法

1 变频器的应用

现代化的工业拥有许多大型电子电气设备。由于电子电气设备工作的特点, 要求电动机必须具有超强的调速功能。以前, 交流电动机调速一直是个难题, 调速性能要求比较高的电动机都采用直流调速的方式, 但直流调速机有着诸如调速机体积大、噪声大、维修困难、耗电量大等缺点, 逐渐不再适应生产的需要。

变频器调速技术融合了自动化、微电子、电气等多种高新技术。由于其采用软启动, 可以减少设备和电机的磨损, 从而延长了设备和电机的寿命。变频调速机的应用不但可以提高生产机械的精度、生产效率和产品质量, 有利于实现生产过程的自动化, 而且变频调速系统还具有显著地节能效果。随着变频器技术的发展, 变频器在交流电动机中的使用越来越多, 逐渐替代了直流调速机等其他调速设备。

2 应用中出现的问题及解决方法

随着变频器的广泛应用, 随之出现的问题也越来越多。主要表现在:电磁干扰、振动、发热等方面。本文针对以上问题进行分析并提出相应解决方法。

2.1 电磁干扰

2.1.1 主要电磁干扰源和干扰途径

电磁干扰是以外部噪声和无用信号的形式在接收中所造成的干扰。主要包括外部组件对变频器的干扰和变频器对外部组件的干扰两个方面。其干扰途径主要分电磁辐射、传导和感应耦合三种。

(1) 外部组件对变频器的干扰。变频器的整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、照明设备等对整个局域电网来说是非线性负载, 它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。主要是这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变, 从而对电网中其他设备产生有害的干扰。变频器的供电电源受到电网中畸变的波形干扰后, 若置之不理, 电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器, 使其不能正常工作。

(2) 变频器对外部组件的干扰。变频器相对整个局域电网来说也是非线性负载, 因此变频器也对周围其他组件产生干扰。另外, 变频器的逆变器大多采用PWM技术, 当工作于开关模式并作高速切换时, 产生大量耦合性噪声。因此, 变频器对居于电网内其他的电子、电气设备来说也是一个电磁干扰源。

2.1.2 抗电磁干扰的措施

产生电磁干扰必须同时具备电磁干扰源、干扰途径、对易受干扰的组件三个要素。电磁干扰源和易受干扰的组件都是电网系统中不可缺少的部分, 为防止干扰, 主要是采用硬件抗干扰措施切断干扰的传播途径或者直接在干扰源上采取措施直接切断或减弱干扰源的干扰外泄。其他的辅助措施还有采取措施降低易受干扰组件对干扰信号的敏感性。

具体措施在工程上可采用空间隔离、加装滤波装置、干扰信号屏蔽、正确接地等方法。

(1) 空间隔离。在实际的工程布局时, 最好将变频器单独放置, 尽量将变频器远离其他易受干扰的设备, 使其产生的电磁干扰在到达最近的电子设备的时候减弱至影响可忽略的程度。但是由于受区域面积的限制, 单独放置的变频器显然不太现实, 应尽量将易受干扰的弱电控制设备与变频器分开放置, 中间布局不易受干扰的其他设备, 比如将动力配电柜放在变频器与弱电控制设备之间以减小干扰的影响。

(2) 滤波装置。变频器在实际工作中产生大量高次谐波, 对局域电网及其组件产生严重干扰, 使电网波形严重变形, 可能造成电网压降过大。由于电网功率因数较低, 大功率的变频器更容易产生更大的影响。主要的解决方法是采用无功补偿装置, 调节功率因数, 还可以在变频器输出侧和输入侧加装滤波器来减弱电磁干扰通过电源线传导到电源和电动机。

(3) 干扰屏蔽。最好的屏蔽方式变频器完全封闭在金属壳内, 然后金属壳再接地, 这样基本上就能保证变频器对外界的辐射干扰减小到最小值, 使其对电子线路和设备的影响减到最低。另外, 变频器是由极精细的微处理器等集成电路组成的, 对其他组件产生的电磁干扰比较敏感, 很容易由此引起严重的错误。其他组件的电磁干扰从变频器控制电缆为途径进入, 所以要对电缆采取较强的抗干扰措施。一般措施是:模拟量控制线路一定要使用屏蔽线, 屏蔽层。靠近变频器一侧应接控制电路的公共端, 而不能接在变频器的接地端或者直接接地。屏蔽层的另一端悬空处理就可以。

(4) 正确接地。正确的接地方式对变频器的正常运行至关重要。当变频器与其他设备或多台变频器同时需要接地时, 所有设备应单独分开接地, 而不能将一台或者多台设备的接地端连接后再接地。这样就减少了变频器和其他设备之间的相互干扰, 使变频器和其他设备能够正常工作, 发挥更好的作用。

2.2 振动干扰

变频器运行时产生的高次谐波引起的磁场会对许多机械部件产生电磁策动力, 策动力的频率如果和某些机械部件的频率接近或相等, 就会产生电磁原因导致的振动。

减弱或消除振动的方法主要是在变频器和电动机之间接入交流电抗器, 主要是为了减弱变频器输出电流中的高次谐波。此电抗器一定要安装在距离变频器最近的地方, 以减少引线的距离。

2.3 发热问题

由于变频器长时间工作和部件老化等原因不可避免的产生多余的不能扩散的热量会给变频器带来很严重的问题, 其中98%的热量是主电路产生的, 其他部分产生的热量很少。为保障变频器正常可靠地运行, 必须对变频器进行降温。主要方法有以下几点。

(1) 采用风扇散热。利用变频器箱体的内部风扇可将变频器内部的热量带走。也可以在设备机房设置循环风扇通过循环风来给变频器降温。

(2) 调节环境温度。变频器是极精细的电子设备, 包含多种电子元件和电解电容等组件, 温度的高低直接影响着其使用寿命的长短。一般变频器的运行环境一般要求在-10～50℃之间, 如果能降低变频器运行的环境温度, 既延长了变频器的使用寿命, 又能保障设备性能的稳定。所以比较重要的设备机房都会设有专门的散热冷却系统, 主要包括加装空调、加装风道、加装水冷设备。

3 结语

通对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析, 提出了解决这些问题的实际方法和措施。随着变频器相关技术的发展, 变频器应用存在的干扰问题有望通过变频器本身的设计来解决。

参考文献

[1]范锡普.发电厂电气部分[M].北京:水利电力出版社, 1987.

[2]王维俭.电力系统继电保护基本原理[M].北京:清华大学出版社, 1991.

[3]吴忠智, 黄立培, 吴加林.调速用变频器及配套设备选用指南[S].北京:机械工业出版社, 2006.

变频器应用中干扰分析 篇5

变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以优良的调速性能和节能性能在煤矿提升运输系统中获得了广泛的应用。由于其采用软启动, 可以减少设备和电机的机械冲击, 延长设备和电机的使用寿命, 保证了调控精度, 但随之也带来了一些电磁干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响, 变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器在矿井中产生的电磁干扰主要影响有3个方面: (1) 对煤矿安全监测监控系统电子设备及传感器的干扰; (2) 对通信设备的干扰; (3) 对无线电等设备的干扰。对安全监测监控计算机和自动控制装置等电子设备产生影响的干扰主要是感应干扰;对通信设备和无线电等产生影响的干扰为辐射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好, 不但变频器系统无法可靠运行, 还会影响其它电子、电气设备的正常工作。因此, 有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨, 以促进其进一步的推广应用。

1 变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

1.1 电磁干扰源

电磁干扰也称电磁骚扰 (EMI) , 通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载, 它所产生的谐波会对同一电网的其它电子、电气设备产生干扰。另外, 变频器的逆变器大多采用PWM技术, 当其工作于开关模式并作高速切换时, 会产生大量的耦合性噪声。因此, 变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面, 电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。由于在电网中存在大量谐波源, 如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等, 这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变, 从而对电网中其它设备产生有害的干扰。如果变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网, 若不加以处理, 电网噪声就会通过电网电源干扰变频器。而变频器对供电电源的干扰现象主要有过压、欠压、瞬时掉电、浪涌、跌落、尖峰电压脉冲、射频干扰等。其次, 共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

1.2 电磁干扰传播的途径

变频器能产生功率很大的谐波, 对系统其它设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的, 主要分电磁辐射、传导、感应耦合: (1) 对周围的电子、电气设备产生电磁辐射; (2) 对直接驱动的电动机产生电磁噪声, 使得电动机铁耗和铜耗增加, 并将干扰传导到电源, 通过配电网络传导给系统其它设备; (3) 变频器对相邻的其它线路产生感应耦合, 感应出干扰电压或电流。同样, 系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。

(1) 电磁辐射

变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内, 它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载, 它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术, 当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时, 其输出的电压和电流的功率谱是离散的, 并且带有与开关频率相应的高次谐波群, 高载波频率和场控开关器件的高速切换 (dv/dt可达1 kV/μs以上) 所引起的辐射干扰问题相当突出。当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞, 则辐射强度与干扰信号的波长有关, 当孔洞的大小与电磁波的波长接近时, 会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样, 变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

(2) 传导

电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射外, 也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比, 传导干扰传播的路程可以很远。比较典型的传播途径:接自矿井供电低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着矿井配电变压器进入中压网络, 并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络, 使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

(3) 感应耦合

感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播干扰的途径。当干扰源的频率较低时, 干扰的电磁波辐射能力相当有限, 而该干扰源又不直接与其它导体连接, 但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其它导线或导体产生感应耦合, 在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以导体间的电容耦合的形式出现, 也可以电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现, 这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

2 抗电磁干扰的措施

根据电磁特性的基本原理, 形成电磁干扰须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等3个要素。为防止干扰, 可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中, 硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施, 一般从抗和防2个方面入手来抑制干扰, 其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施是在煤矿井下采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

(1) 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, 使它们不发生电的联系。在提升机变频调速传动系统中, 通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰, 电源隔离变压器可采用噪声隔离变压器。

(2) 滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗, 在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰, 可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备, 可在电源线上设置电源噪声滤波器。

(3) 屏蔽

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用金属壳屏蔽, 不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽, 特别是以外部信号控制变频器时, 要求信号线尽可能地短, 且信号线采用双芯屏蔽, 并与主电路及控制回路完全分离, 不能放于同一配管或线槽内, 周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效, 屏蔽罩必须可靠接地。

(4) 接地

接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合, 防止外部干扰的侵入, 提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、单点接地、经母线接地等几种形式, 要根据具体情况采用, 注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。单点接地是指在1个电路或装置中, 只有1个物理点定义为接地点, 在低频下的性能较好;多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它最近的接地点, 在高频下的性能较好;混合接地是根据信号频率和接地线长度, 系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有专用接地端子PE端, 从安全和降低噪声的需要出发, 必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上, 更不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端, 另一端与接地极相连, 接地电阻取值应符合《煤矿安全规程》规定, 并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时, 为减少对电源的干扰, 在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流, 改善功率因数, 可在变频器输入端加装交流电抗器。为改善变频器输出电流, 减少电动机噪声, 可在变频器输出端加装交流电抗器。以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求合理地选择使用。若系统中含控制单元如微机等, 还须在软件上采取抗干扰措施。

(5) 正确安装

由于变频器属于精密的功率电力电子产品, 其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障地运行。变频器对安装环境要求较高, 一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度不超过-10 ℃, 最高温度不超过50 ℃;变频器安装的海拔高度应小于1 000 m, 超过该规定应降容使用;变频器不能安装在经常发生振动的地方, 对振动冲击较大的场合, 应采用加橡胶垫等防振措施;变频器不能安装在电磁干扰源附近;变频器不能安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污染的环境;应尽量采用密封柜式结构, 并且要确保变频器通风畅通, 确保控制柜有足够的冷却风量, 其典型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允许的温升值。安装工艺要求如下:

① 确保控制柜中的所有设备接地良好, 应该使用短、粗的接地线, 连接主接地极的接地母线应符合《煤矿安全规程》第486条规定, 其接地电阻应小于2 Ω。另外与变频器相连的控制设备 (如PLC或PID控制仪) 要与其共地。

② 安装布线时将电源线和控制电缆分开, 例如使用独立的线槽等。如果控制电路连接线必须和电源电缆交叉, 应成90°交叉布线。

③ 使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时, 确保未屏蔽之处尽可能地短, 条件允许时应采用电缆套管。

④ 控制柜中的接触器应尽可能地使用真空触头, 交流接触器采用R-C抑制器, 也可采用压敏电阻抑制器, 如果接触器是通过变频器的继电器控制的, 这一点特别重要。

(5) 用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时, 要将屏蔽层双端接地。

(6) 如果变频器运行在对噪声敏感的环境中, 可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到最优效果, 滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。

3结语

变频器的干扰来源与抑制技术分析 篇6

在很多工业控制系统里,随着变频器以及其他电子设备的应用,对控制系统的干扰也变得更加的严重,因此,抗电磁干扰的设计工作就越显得重要。由于变频器对于整个控制系统能够产生影响,甚至在有的情况下导致系统的硬件受到破坏,因此,抗干扰技术的研究成为亟待解决的问题。现在的电磁感应主要有以下几种:电磁感应方式、静电感应方式以及空中辐射的方式。

1 变频器干扰的来源

1.1 来自外部电网的干扰

在电网中主要通过变频器电源产生的谐波来对变频器进行干扰,电网中存在着很多种类的谐波源,如整流装置、直交流互换装备以及现在的电子调整装备等。这些谐波对于电网的电压及电流有着很大的影响,也对电网中的很多构件存在着干扰危害。如果变频器的供电源受到外来谐波的干扰后不采取一定的措施加以控制及处理,就会使得电网的干扰经过电网的电路来对变频器产生干扰。供电电源对变频器的干扰主要表现在几个方面:过压、欠声以及损耗等,为此,可以在变频器的输出端安装滤波器等设备来减小这些谐波对变频器的干扰。

1.2 变频器自身对外部的干扰

一般来说,变频器的整流桥相对于电网来说是一种非线性的负载,它发出的谐波对于电网中的电子设备存在着干扰谐波。在电网中除了比较低的谐波外,还有一些频率较高的谐波电流,这些谐波电流会以很多种方式来传播能量,这样就会对其他电子装备产生干扰,使用滤波器能够很好的把高频率谐波削弱甚至屏蔽,从而达到减小干扰的最终目的。

2 变频器控制回路的抗干扰技术

2.1 干扰的类型

1)静电耦合干扰。变频器控制电缆与周围电气回路的电容耦合干扰,包括电路周围物体上聚集的电荷对控制回路的泄放,以及周围的大载流导体产生的电场通过寄生电容对变频器产生耦合干扰。

2)静电感应干扰。周围大电流电器产生的磁通变化在变频器控制回路中感应出电动势,如动力线电动机、变压器继电器等都能产生这种磁场。

3)电磁辐射干扰。这种干扰主要是由频率高的发生装备中产生,以各种途径对空间辐射各种高频的电磁波,这对于变频器的干扰是非常严重的。

4)接触不良产生的干扰。这主要是由于变频器在连接时的电接点或者是由于继电器安装操作失误导致的接触不良,这样就使得在电路中接触的电阻发生了改变进而产生干扰。

5)电源线在传导过程中的干扰。其主要原因就是使用同一个电源进行供电时,各个用电器在工作时会产生电动势,进而导致干扰的产生。

6)接地的干扰。这种干扰是最常见的一种,如果在电源连接时接地方式不恰当,就会形成整个接地环路,这样就形成了接地的干扰。一般来说,变频器的控制在接地上主要有三种方式:强电、信号以及机体接地方式。如果在工作中出现负载问题,如漏电或者超载等,都会在整个回路中产生电势差,这样就会直接产生接地干扰。

2.2 硬件抗干扰技术在变频器设计中的应用

为了使得变频器在正常工作时,既不受到外部电磁的干扰,又不会对其他设备进行干扰,我们现在一般使用以下的几种技术办法:第一,增加控制电缆和干扰源的距离来控制静电产生的干扰,这样就能降低干扰所产生的影响,当然,在这两者之间加入能够屏蔽信号的导体也可以达到同样的效果。第二,电磁辐射干扰采用的措施有除了加大干扰源与变频器控制回路的距离外,必要时可以屏蔽变频器,并将壳状屏蔽体接地。第三,对于接触不良干扰变频器控制电缆的电接点应定期进行拧紧加固处理;在对继电器的触电方式上,可以使用并联法或者应用没有触点的继电器。第四,对于电源线传导干扰变频器的控制电源,应与其他电源分开供电,或在控制电源的输入回路装设滤波器或隔离变压器,并且需要屏蔽接地。第五,接地的干扰控制电缆,需要使用一点接地的方式进行,并且在此过程中,接地线不可以作为信号通路来使用。第六,需要把握好整个变频器控制柜的安装距离,当电缆装有变频器时,需要尽可能的使之与容量大的电器保持较远的距离;在对控制电缆进行布局时,需要考虑绕开漏磁大的设备以及极易产生电弧的接触器等。

3 结语

本文介绍了变频器的内部干扰和外部干扰措施,分析了各种干扰信号的抗干扰技术,对变频器在实际上的运用以及对如何提高变频器的稳定性具有很好的指向性。此外,本文分析了变频器在正常工作过程中的干扰源类型以及干扰源的传播方式,并且依据这些问题提出了解决方法。随着科技的不断发展,变频传动抗干扰技术必然可以实现进一步突破。

参考文献

[1]肖燕芳.变频传动控制技术在城市轨道交通车辆中的应用[J].中国科技信息,2007(12).

[2]刘旭.变频传动装置外部控制器的研发[J].自动化应用,2013(3).

一起变频器干扰配料秤案例分析 篇7

1 工作原理

砂岩秤工作原理见图1。荷重传感器S测得荷重信号Q值, 与速度传感器T测得速度信号V值传到称重控制仪表后, 仪表计算出当前瞬时流量值I, 此信号一路与4～20mA的给定值进行比较后, 控制调节变频器的输出频率, 从而调节皮带速度来达到定量给料的目的;另一路去远程显示。

2 故障查找

1) 现场检查配料秤体, 称重段无卡料现象;搬动秤体, 活动灵活, 不存在秤体卡死的情况。

2) 查看仪表中皮带的负荷Q值为598kg/m左右, aw值 (称重传感器负荷百分比) 为79.5%左右, 波动不大, 判断称重传感器无故障。

3) 调变频器、速度传感器参数, 查测速系统是否丢速。

实查变频器的输出频率f为30Hz左右, 控制仪表显示速度传感器测得的脉冲特征值在135～575Hz之间剧烈波动;正常情况下, 脉冲特征值应在600Hz左右, 并且应该相对稳定。理由是:工频时4极电动机的理论转速是1500r/min, 现在变频器的输出频率f为30Hz, 那么电动机的转速应在30÷50×1 500=900r/min左右 (未计转差率) , 感应齿轮固定在电动机后轴上, 齿数是40个, 所以速度传感器测得的脉冲值应为900×40÷60=600Hz。显然测速系统存在丢速现象。

更换速度传感器后, 故障排除。但是不久, 又出现相同故障, 还是更换速度传感器后正常。在以后的半年期间, 砂岩秤反复出现类似的故障, 给生产带来很大的影响。

在一次维修中, 笔者发现, 故障出现时与中控室操作员启动另一台变频电动机 (铁粉秤板式喂料机电动机) 有关。笔者通知中控室操作员停止铁粉秤板喂机电动机, 一切正常。由此判断, 故障点应在与铁粉秤板喂机电动机相关电路上。

3 故障排除与分析

仔细排查与铁粉秤板喂机电动机相关的电路, 控制电路与变频电路未发现异常。最后发现, 变频器输出端到变频电动机之间的负荷线使用的是无屏蔽层的四芯电缆, 将此负荷线更换为带屏蔽层的四芯电缆, 并将屏蔽层可靠的接地, 通过试验, 无论铁粉秤板喂机电动机的启、停, 砂岩秤都不再出现飞秤现象。

变频器使用中的干扰问题 篇8

1 变频器干扰的来源

电磁干扰(EMI)，是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常是以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电;浪涌、跌落;尖峰电压脉冲;射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

2 电磁干扰的途径

变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分传导、电磁辐射、感应耦合。

(1)传导：变频器可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是：接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络，并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

(2)电磁辐射：变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电网的其它电气设备产生谐波干扰。

当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞，则辐射强度与干扰信号的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

(3)感应耦合：感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

3 抗电磁干扰的措施

根据电磁干扰的基本原理，形成电磁干扰(EMI)须具备干扰源、干扰途径、敏感的系统等三个要素。为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

(1)隔离：所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

(2)滤波：设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。

(3)屏蔽：屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短(一般为20m以内)，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线(AC380V)及控制线(AC220V)完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

(4)接地：实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、单点接地及混合接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。

4 结束语

以上通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。随着工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，满足实际需要的真正“绿色”变频器不久也会面世。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2]吴忠智,吴加林,变频器应用手册[Z].北京:机械工业出版社,1995.

[3]王定华等.电磁兼容性原理与设计[M].四川:电子科技大学出版社,1995.