富凌变频器应用中抗干扰问题的探讨 - 模拟电源 -

来源：网络用户发布，如有版权联系网管删除　2018-09-23　

频器及其变频调速已经被广泛应用到工业控制的各个领域，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，变频器的广泛应用也带来了不能忽视的干扰问题。这种干扰表现在现场供电和其他用电设备对变频器的干扰和变频器运行时产生的高次谐波对电网和周围设备的干扰两个方面。如果变频器的干扰问题解决不好，不仅变频器系统无法可靠运行，还会影响其周边其他电子、电气设备的正常工作。因此，变频器应用系统中的干扰问题倍受理论界和工程应用界的广泛重视。下面结合自己的工作实践，主要讨论变频器及其调速系统的干扰及其抑制方法。

图1 晶闸管换相引起的畸变

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) 补偿电容器的投入和切出对变频器的干扰
　　许多用户都在变电所内采用集中电容补偿的方法来提高功率因数，在补偿电容器投入和切出的暂态过程中，网络电压有可能出现很高的峰值，如图2所示，其结果是可能使变频器的整流管因承受过高的反电压而击穿。

图2 补偿电容投入时的电压畸变

2.2 变频器对外部的干扰
　　变频器对电网来说也是非线性负载，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，逆变器采用spwm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,对共网的其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。
(1) 输入电流的波形
　　ac-dc-ac压型变频器的输入侧是整流和滤波电路，只有在电源的线电压ul大于电容器两端的直流电压ud时，整流桥中才有充电电流。因此充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式，如图3a)所示。它具有很强的高次谐波成分，其中5次谐波和7次谐波分量很大，如图3b)所示。

图3 输入电流的波形及其谐波分析

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。

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

(1)输入滤波器
　　根据结构和作用不同，可分为线路滤波器和辐射滤波器。
　　线路滤波器主要由电感线圈构成，如图6中f₁₁，通过增大线路在高频下的阻抗来削弱　　通过线路传播的频率较高的谐波电流。
　　辐射滤波器由高频电容器构成，如图6中f₁₂所示，通过吸收的方法来削弱通过辐射传播的干扰信号。
(2) 输出滤波器
　　在变频器的输出侧和电动机之间串入由电感构成的输出滤波器，可以有效的削弱输出电流中的高次谐波电流引起的附加转矩，改善了电动机的运行特性，如图6中的f₀所示。
必须注意，在变频器的输出端不允许接入电容器，以免在逆变管导通(或关断)瞬间，产生峰值很大的充电(或放电)电流，损坏逆变管^[3]。
4.4 隔离
　　变频器输入侧的谐波电流常常从电流侧进入各种仪器，成为许多仪器的干扰源。针对此情况，应在受干扰仪器的电源侧采取有效的隔离。方法有电源隔离法和信号隔离法^[4]，如图7和图8所示。

图7中接入隔离变压器，隔离变压器的特点是一、二次绕组的匝数相等，但一、二次侧之间应由金属薄膜进行良好的隔离。一、二次电路中都可接入电容器，如图7中的c1、c2。
图8中在信号侧接入光电耦合器进行隔离，适用于一些传感器传输线路较长，并采用电流信号的场合。需注意的是：所用光电耦合器应是传输比为1的线性光耦合器；光电耦合器两侧的电容器对传输信号应无衰减作用，即为直流信号时电容量可大些，脉冲信号时则应根据脉冲频率的大小适当选择。
　　4.5 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。这里须提醒大家的是：
(1) 不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上；
(2) 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<100ω，接地线长度在20m以内；
(3) 注意选择合理接地方式。变频器的接地方式有单点接地、多点接地及混合接地
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。
●单点接地
单点接地指在一个电路或装置中，只有一个物理点定义为接地点，在低频下的性能好；
●多点接地
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，在高频下的性能好；
●混合接地
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。
以上诸种抗干扰措施，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。