富凌变频器应用中抗干扰问题的探讨

图4 输出电压与电流的波形

(2) 输出电压与电流的波形
　　变频器的逆变桥大多采用spwm技术，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形波，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，如图4a)所示。其高载波频率和场控开关器件的高速切换(dv/dt可达1kv/μs以上)所引起的辐射干扰相当突出。

3 电磁干扰的传播途径
　　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一样，有电磁辐射、电路耦合、感应耦合等^[1]，现分析如下。
3.1 电磁辐射
　　变频器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。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。
3.2 电路耦合
　　上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，还可以通过阻抗耦合或接地回路耦合，将干扰信号带入其它电路。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可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。
3.3 感应耦合
　　当变频器输入或输出电路与其它设备的电路很近时，变频器的高次谐波信号可通过感应的方式耦合到其它设备中去。其中电流干扰信号主要以电磁感应方式传播，电压干扰信号主要以静电感应方式传播。

4 抗电磁干扰的措施及注意事项
　　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，总的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，可从“抗”和“防”两方面入手采取措施抑制干扰^[2]。
4.1 正确安装、合理布线
　　变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册对环境温度、通风、湿度、海拔高度都有明确规定。以下几个方面的安装工艺要求值得注意：
(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(最好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低)连接到公共地线上。按国家标准规定，其接地电阻应小于4欧姆。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，其它设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入、输出线，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短，条件允许时应采用电缆套管。
(4) 确保控制柜中的接触器有灭弧功能，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) 所有的电源线和信号线都应尽量屏蔽，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。
4.2 加入电抗器
　　在变频器的输入电流中，频率较低的谐波分量(5、7、9、11、13次谐波等)所占的比重比较高，这些谐波除了可能干扰其它设备的正常运行外，还消耗大量的无功功率，使线路的功率因数降低。在输入电路中串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法，如图5所示。根据接线位置不同，分以下两种：

图5 变频器中串入电抗器

(1) 交流电抗器
　　交流电抗器串联在电源与变频器的输入侧之间，如图5中la所示，其作用是抑制谐波电流、　提高功率因数、削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击、削弱电源电压不平衡等。
(2) 直流电抗器
　　直流电抗器串联在整流桥和滤波电容器之间，如图5中的ld，其作用是削弱输入电流中的高次谐波成分并可提高功率因数。
　　4.3 加入滤波器
　　如图6所示，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，抗传导干扰。

图6 滤波器接法