变频调速系统干扰的抑制措施及分析

 变频器干扰的分析及防止措施

1.1 变频器运行对电网的影响及抑制

   变频器的整流电路和逆变电路是由非线性器件组成，其电路结构会导致电网的电压电流波形发生畸变，三相交流电压通过三相桥式整流电路将交流电变换为直流电，经电解电容滤波，使直流电压基本恒定。整流电路所用的二极管为非线性器件，整流后输出的电压向滤波电容充电，其充电电流的波形取决于整流电压和电容电压之差，由变频器输入电压、电流实测波形。可以看出在各相线输入电压为正弦波的情况下，各相线的输入电流并不是正弦波。当变频器处于不同频率、不同电流的工作状态时，输入电流波形也有所不同，变频器驱动笼式电动机负载在10 Hz、20 Hz和50 Hz时输入电流的波形。可见随着电动机的频率和电流的增加，输入电流由断续变为连续，电流的波形畸变也越来越小。实验证明，变频器运行时，由于整流侧二极管的换相作用，会造成电源电压波形出现一些缺口的凸口，所以变频器运行时，会引起电网电压电流波形发生畸变。在变频器与变压器之间接入交流电抗器 XL，在变频器直流回路中接入直流电抗器DL，其接线如图1 所示。当同时接入电抗值大的XL和DL时，输入电流基本接近正弦波，有效地抑制了谐波分量成分。

1.2 变频器对其他设备的干扰及抑制

   变频器的整流电路会产生谐波，而且变频器的逆变电路也要产生谐波。对于PWM 控制的逆变电路，其输出的电压波形为矩形波，谐波频率的高低是与变频器调制频率有关，调制频率低，人耳就能听得见高次谐波频率所产生的电磁噪声。若调制频率高，虽然人耳听不见，但高频信号是客观存在的，对电网和电子设备仍会产生干扰。变频器产生谐波时，由于功率较大，因此可视为一个强大的干扰源，其干扰途径与一般电磁干扰途径相似，分别为传导、辐射和二次辐射、电磁耦合、边传导边辐射等。变频器产生的谐波第一是传导干扰，使直接驱动的电动机产生电磁噪声，铁损和铜损增加；同时传导电源对电源输入端所连接的其他电子敏感设备有影响；第二是辐射干扰，它对周围的电子接收设备产生干扰；第三是对变频器平行敷设的其他线路产生磁耦合，同时可能对处于变频器内部的芯片产生干扰。变频器接入的低压配电网络中有其他用电设备同时接入，如电力电容器、变压器、发电机和电动机等负载。（www.iwuchen.com）变频器产生的谐波电流按各自的阻抗大小分流到电网系统并联的负载和电源，将对各种设备产生不良影响，如果是补偿电容，则可能产生并联谐振而发生故障等。当使用容量大的变频器时，设置专用的变压器连接到高压系统。通过共用的接地线传导干扰是最普遍的干扰传导方式。将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法，将动力装置的接地端子接到地线上，将控制装置的接地端子接到该装置盘的金属外壳上。

信号线靠近有干扰源电流的导线时，干扰会被诱导到信号线上，使信号线上的信号受到干扰，布线分离对消除这种干扰行之有效。实际工程中应把高压电缆、动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开走线。变频器一般采用加装与负载和电源并联的有源补偿器，通过自动产生反方向的滤波电流来消除电源和负载中的正向谐波电流。此外，变频器本身采用铁壳屏蔽，输出线用钢管屏蔽，注意与其他弱电信号线分别敷设，附近的其他灵敏电子设备线路也要屏蔽好，电源线要采用隔离变压器或电源滤波器以避免传导干扰。为了减少电磁噪声，可以配置输出滤波器；为了减少对电源的污染，在要求比较高的情况下，变频器输入端加装电源滤波器，在要求不高时，可安装零序电抗器。

1.3 电网对变频器干扰的防止

   电网三相电压不平衡时，会使变频器输入电流的波形发生畸变。配电网络电源电压不平衡，当不平衡率大于 3% 时，变频器输入电流的峰值就显著变大，将导致三相电流严重失衡，从而造成连接的电线过热，变频器过压、过流，并使整流二极管将因电流峰值过大而烧毁，也有可能损坏电解电容。为减少三相电压不平衡造成的负面影响，同样可在变频器的输入侧加装交流电抗器，并在直流侧加装直流电抗器。当配电网络中接有功率因数补偿电容器及晶闸管整流装置等，与变频器同处于一个网络中，当补偿电容投入或晶闸管换相时，将造成变频器输入电压波形畸变，该畸变电压输入到变频器时，会使输入电流峰值增大，从而加重变频器整流二极管及电解电容的负担，产生过压或过流，使运行不正常，还可能导致电动机不能正常工作，甚至烧毁变频器中二极管及电解电容，为此，必须采取各种对策来防止这种现象的发生。

防止电网对变频器干扰的措施有：当变频器的容量较大时，100 kVA 以上，可考虑单独配置供电变压器。对于配电变压器容量非常大，且变压器容量大于变频器容量10倍以上时，可以采用在变频器输入侧加装交流电抗器。当配电网络有功率因数补偿电容或晶闸管整流装置时，若在变频器交流侧连接有交流电抗器，则变频器产生的谐波电流就通过交流电抗器送给补偿电容及配电系统，当配电系统的电感与补偿电容发生谐振呈现最小阻抗时，其补偿电容和配电系统将呈现最大电流，使变频器及补偿电容都会受损伤。为了防止谐振现象发生，在补偿电容器前应串接适当数值的电抗器，就可以使5 次以上高次谐波的电流成为感性，避免谐振现象的产生。

1.4 SB60 型变频器防干扰措施

   控制回路端子连接注意事项：由于模拟输入信号为弱电信号容易受到外部干扰的影响，控制回路端子配线时必须使用屏蔽电缆，并将屏蔽层一端良好接地或接公共端。控制回路端子连线与主回路端子连线、电源线以及其它动力线分开，两者不能平行排列，只能交叉穿过，否则会产生严重干扰，影响变频器正常使用。对外来噪音的防治：将控制电路的信号线与动力线分开，控制电路的信号线最好用屏蔽线，并将屏蔽层牢固接于变频器PE端或公共端。控制电路的信号线较长时，请将其穿过磁环并在磁环上缠绕两三圈后再接于变频器上使用。无线电干扰的防治：在变频器输入输出侧分别串接交流电抗器，并把变频器和动力线分别装在有接地线的金属柜子和管道中。

也可把滤波器接在变频器输入端和输出侧，如果无滤波器，用电感量相同的磁环，将变频器输入输出线分别穿过磁环按同一方向缠绕3~4 圈也可起到相同的效果。变频器和电动机之间配线很长时，由于线间分布电容较大，可能造成变频器运行不正常甚至过电流跳闸，因此配线很长时在输出侧连接滤波器或磁环，并且适当降低载波频率。为了抑制变频器输出侧产生的干扰对其他设备的影响，在变频器输出侧配用变频器专用的输出滤波器或把变频器输出电缆穿入接地金属管中，并与控制信号线分开来减小变频器的干扰。

2 结语

   在变频器与变压器之间接入交流电抗器，在变频器直流回路中接入直流电抗器，有效地抑制了谐波分量成分。对外来噪音的防治，控制回路端子配线时必须使用屏蔽电缆，变频器和电动机之间配线很长时，由于线间分布电容较大，可能造成变频器运行不正常甚至过电流跳闸，因此配线很长时在输出侧连接滤波器或磁环，并且适当降低载波频率。为了抑制变频器输出侧产生的干扰对其他设备的影响，在变频器输出侧配用变频器专用的输出滤波器或把变频器输出电缆穿入接地金属管中，并与控制信号线分开来减小变频器的干扰。这样才能实现变频器 安全可靠的运行。