变频器谐波干扰与削弱抑制措施

变频器谐波干扰与削弱抑制措施

马光荣

新疆天山钢铁巴州有限公司

摘 要

本篇论文深入探讨了变频器在设备调速应用中产生的谐波干扰问题，并提出了相应的解决策略。文章的论述重点涵盖了谐波产生的原因、谐波干扰所带来的危害，以及针对电磁干扰的应对措施。

关键词：变频器；谐波；电磁干扰；抑制；削弱；措施

引言

变频器系统在安装使用中，会生成比较大的谐波。而谐波在电网中有较强的破坏作用，高次谐波会对同一系统或临近系统的其他设备运行产生干扰，称电磁干扰。变频器内部电路板电源侧的整流桥将交流电源变为直流电，再通过逆变等微电子调频后得到我们所需的频率可调的交流电供给负载。而这一过程是大量的非线性元件相互作用来实现的，我们知道非线性元器件在工作中都能产生谐波形成电磁干扰。所以说，在变频器调速应用中，怎样消除或有效的抑制这种电磁干扰就成我们电气从业者必须探讨的课题。

1.变频器电磁干扰源及其传导途径的分析

1.1主要电磁干扰源

电磁干扰就像是你正在听收音机，突然旁边有人开始大声说话或者放音乐，你的收音机里就会出现杂音，这就是干扰。在电子设备里，这种干扰通常是由于外界的杂乱信号和噪声造成的，它们通过电路传播，还会像无线电波一样向四周扩散。说到变频器，它就像是一个不规则的电源，因为它里面的整流桥是个非线性负载，这就成了变频器产生干扰的主要原因。它产生的杂波会干扰系统里其他所有的电子设备。另外，现在变频器的逆变器大多用PWM技术，运行时会产生很多噪声，这些噪声也会干扰系统里的其他设备。所以，变频器对系统里的其他电子设备来说，就像是个大麻烦制造者，它产生的干扰是系统里其他设备面临的主要问题。换句话说，电网中的干扰主要是由变频器供电时产生的。

1.2 电磁干扰的途径

变频器在工作时会产生很多杂波，这些杂波会通过电缆线和其他并排的电线互相影响，产生一种叫做电磁干扰的东西。这种干扰会像电波一样从变频器里跑出来，影响到周围的设备。这种干扰的方式和普通的电磁干扰差不多，主要就是通过电磁波传播、直接传导和感应耦合这几种方式

1.2.1电磁辐射 

要想让变频器不发出电磁干扰，通常的做法是把它放进一个全封闭的铁壳子里，并且确保这个铁壳子接地。这样就能挡住变频器通过空气传播电磁波的路。电磁辐射的强度跟三个因素有关：一是流过干扰源的电流有多强；二是装置的辐射阻抗有多大；三是干扰源的频率有多高。现在，高频率的载波和快速切换的开关元件是造成辐射干扰的主要原因。如果变频器的金属外壳不够严实，有裂缝或者破损，而且这些裂缝的大小跟电磁波的波长差不多，那就会变成一个电磁干扰的源头，向四面八方发射干扰。而且，辐射场里的金属物体还可能产生二次辐射，导致多重电磁干扰的问题。

1.2.2 干扰信号传导

信号传导就是电线连着的设备向外面发射信号，或者通过电线的接触或者接地线把干扰传到别的电路里。跟辐射干扰比起来，信号传导能传得更远。主要的传播方式是这样的：变频器产生的干扰信号，就像小溪汇入大河一样，顺着配电变压器这条路径，流到中压的电网里。然后，这些干扰信号会通过各种渠道，比如其他变压器，最终到达我们家用的低压电网。这样一来，家里的电器设备就可能受到这些干扰的影响，就像远在天边的星星，也会被我们看到一样。

1.2.3 感应耦合

感应耦合就像是介于无线信号传播和直接电线连接之间的第三种方式。当干扰源发出的信号频率较低时，它产生的电磁波同样较弱。由于该干扰源是独立的，并未直接连接至其他导体，然而电磁干扰仍可通过变频器的电线以及邻近的其他导线或导体产生感应耦合，类似于在邻近的导线或导体中感应出电磁干扰。感应耦合存在多种形式，可能是电感耦合，亦可能是电容与电感的混合耦合，或者是导体间的电容耦合，这些均与干扰源的频率以及与其他导体的距离等因素相关。

2. 针对电磁干扰的处理措施

2.1 提高变频器的载波频率

变频器的载波频率是可以调整的，如果变频器产生的干扰波太多，我们可以把载波频率调高一些。因为变频器用的IGBT元件，所以一般出厂时载波频率设置得比较低，这样可以省电。但在实际使用中，如果我们把载波频率从低调到高，虽然变频器的耗电量和发热会增加很多，但输出的电流波形会变得更像正弦波，更平滑，毛刺也少了。同时，变频器带的电机运行时的声音和发热也会减少，这对减少干扰波特别有好处。所以，选一个合适的载波频率，对减少干扰波的产生真的很有帮助。

2.2干扰隔离

就是说，我们要把那些产生干扰的源头和那些容易被干扰的电器分开，让它们之间不会互相捣乱。比如说，变频系统里可能会产生干扰的电源，我们要把它和别的设备的电源分开，让它们各用各的。或者，我们可以在变频器和它的电源与其他设备的电源之间设置一个隔离，就像在供电设备的入口处放一个隔离变压器，这样就能挡住那些干扰的电流。

2.4 屏蔽干扰源及设备正确接地

想要减少干扰，最直接的办法就是把干扰源给挡起来。变频器自带金属壳，就像穿了盔甲一样，能防止电磁干扰跑出来，还得给变频器的电缆套上钢管，这样也能屏蔽干扰。如果用外部信号来控制变频器，那信号线得尽量短，还得用专门的双芯屏蔽线。白话版：

要是变频器能远程说话（通讯），那就用那个总线通讯的方法来控制它，这样一来，就不用扯一大堆线来连它了。咱们得把那些硬邦邦的连接点和模拟给定的线分开，让它们各自住在不同的管子里或者线槽里头，还得保证那个屏蔽罩牢牢接地。咱们老话说得好，接地这事儿要是做得好，噪音和干扰就能少一大半。接地的方式好不好，直接决定了咱的系统能不能顶住那些乱糟糟的干扰。而且啊，接地接得好，还能把变频器里面自己闹的噪音也给管管，就像是给设备穿了件防弹衣，外面的干扰就进不来了。。。下图为无屏蔽且接地不良所产生的辐射干扰示意图。

3.典型案例分析

我厂水泵站安装水泵电机及变频器时，施工方工程交接试机两台变频器因通讯干扰而不能正常工作，随即展开排查工作如下：

所示变频器的电缆桥架布线，从左到右电缆依次是通讯线、左侧变频器的供电电源线、左侧变频器的电机线、右侧变频器的电机线、右侧变频器的电源线、右侧变频器的通讯线，存在的问题：

（1）通讯线没有屏蔽，并且与动力线走到一个套管里。

（2）电机线和动力线和控制线使用同一个线槽。

（3）电机线、动力线、通讯线缠绕绑扎在一起。

这就是一例典型的因不当的电缆布线引发的EMC干扰案例，我们通过对现场的分析最终给出方案，施工方改进后通讯干扰问题得以解决并顺利完成试机工作。

解决方案如下：

（1）使用两个线槽，通讯线单独走线，使用屏蔽线并将屏蔽层接地。

（2）通讯线和电机动力电缆分开20公分以上。

（3）电机动力电缆使用屏蔽线，并将屏蔽层接地。

结论

随着电气自动化水平的提升和微电子技术的不断进步，电磁干扰呈现出多样化的特点。若未能对变频器所受干扰进行深入分析和研究，咱们得动手干点实事，别让设备间的电磁干扰变成一场“电磁大乱斗”，让设备们头疼得没法正常工作。咱们得化身“干扰侦探”，仔细研究变频器为啥会“捣乱”，然后再变成“科技魔术师”，想出超炫的妙招来应对。随着科技界的新潮流不断涌入变频器界，咱们可以期待这些黑科技能给变频器穿上“防弹衣”，让它自带抗干扰光环。这样一来，设备们就能像在开心乐园里玩耍一样，无忧无虑地稳定运行啦！

参考文献

1. 郭欣欣，陈亚辉，陈晓辉.变频器供电永磁直线同步电动机谐波特性分析及计算U.微特电机，2012(40)
2. 丘淼生，黄克峰，王业潘.基于阵列滤波补偿装置的变频器谐波治理J.变频器世界，2012(07)
3. 林育兹.变频器应用案例.第1版.高等教育出版社.2007.
4. 郑刚，变频器谐波干扰及削弱抑制措施 《华东科技：学术版》-2013