淺談變頻器實際應用中的抗干擾問題

在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，隨著變頻器等電力電子裝置的廣泛使用，系統(tǒng)的電磁干擾日益嚴重，相應的抗干擾設計技術已經變得越來越重要。變頻器系統(tǒng)的干擾可能導致變頻器無法正常工作，或者直接損害其硬件設備，給正常生產帶來事故。因此，如何提高系統(tǒng)的抗干擾能力是自動化裝置研制和應用中不可忽視的重要內容，也是計算機控制技術應用和推廣的關鍵之一。談到變頻器的抗干擾問題，我們要了解干擾的來源和傳播方式，再針對這些干擾采取不同的抗干擾措施。

1 變頻器干擾的來源

1.1首先是來自外部電網的干擾。電網中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網中存在大量諧波源如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備，非線性負載及照明設備等。這些負荷都使電網中的電壓、電流產生波形畸變，從而對電網中其它設備產生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網的干擾后若不加以處理，電網噪聲就會通過電網電源電路干擾變頻器。供電電源的干擾對變頻器主要有 ①過壓、欠壓、瞬時掉電;②浪涌、跌落;③尖峰電壓脈沖;④射頻干擾。

1.1.1晶閘管換流設備對變頻器的干擾

當供電網絡內有容量較大的晶閘管換流設備時，由于晶閘管總是在每相半周期內的部分時間內導通，容易使網絡電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴重失真。它使變頻器輸入側的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復電壓而受到損害，從而導致輸入回路擊穿而燒毀。

1.1.2電力補償電容對變頻器的干擾

電力部門對用電單位的功率因數有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補償的方法來提高功率因數。在補償電容投入或切出的暫態(tài)過程中，網絡電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，其結果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。

1.2其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對同一電網的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術，當工作于開關模式且作高速切換時，產生大量耦合性噪聲。因此變頻器對系統(tǒng)內其它的電子、電氣設備來說是一電磁干擾源。

變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分。除了能構成電源無功損耗的較低次諧波外，還有許多頻率很高的諧波成分。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對變頻器本身和其它設備的干擾信號。

1.2.1輸入電流的波形 變頻器的輸入側是二極管整流和電容濾波電路。顯然只有電源的線電壓UL大于電容器兩端的直流電壓UD時，整流橋中才有充電電流。因此，充電電流總是出現(xiàn)在電源電壓的振幅值附近，呈不連續(xù)的沖擊波形式。它具有很強的高次諧波成分。有關資料表明，輸入電流中的5次諧波和7次諧波的諧波分量是最大的，分別是50Hz基波的80%和70%。

1.2.2輸出電壓與電流的波形絕大多數變頻器的逆變橋都采用SPWM調制方式，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形式形波;由于電動機定子繞組的電感性質，定子的電流十分接近于正弦波。但其中與載波頻率相等的諧波分量仍是較大的。

2干擾信號的傳播方式

變頻器能產生功率較大的諧波，由于功率較大，對系統(tǒng)其它設備干擾性較強，其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分傳導(即電路耦合)、電磁輻射、感應耦合。具體為:首先對周圍的電子、電氣設備產生電磁輻射;其次對直接驅動的電動機產生電磁噪聲，使得電機鐵耗和銅耗增加;并傳導干擾到電源，通過配電網絡傳導給系統(tǒng)其它設備;最后變頻器對相鄰的其它線路產生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統(tǒng)內的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。

2.1電路耦合方式即通過電源網絡傳播。由于輸入電流為非正弦波，當變頻器的容量較大時，將使網絡電壓產生畸變，影響其他設備工作，同時輸出端產生的傳導干擾使直接驅動的電機銅損、鐵損大幅增加，影響了電機的運轉特性。顯然，這是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。