摘要：变频器调速系统具有稳定的调速性能、高效的节能性能以及可靠的保护报警功能；尤其是其采用软起动控制方式，可以大大减少设备起动过程中的机械冲击，从而延长机电设备的使用寿命；在工业控制的各个领域中得到了普遍应用。
关键词：变频调速；谐波干扰；谐波危害
中图分类号：TN77文献标识码：A
引言
变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，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，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种：对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。
1 变频调速系统分析
1.1 变频器的原理和结构
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率电能的控制装置。先通过整流器将输入的交流电整流成直流，然后根据测量的控制信号将直流逆变成另一频率的交流电。其原理图如图l所示。
变频器内部的控制系统主要由信号检测、控制电路、触发脉冲电路等构成。其中，信号检测是通过传感器或变送器检测负荷侧的电流电压；控制电路为获取所需的控制信号和动态特性对检测信号和给定参考输入量进行处理，并产生相应的控制信号；触发脉冲电路根据控制电路输出的控制信号产生相应的触发脉冲，经隔离驱动放大驱动开关功率器件工作。
1.2 系统干扰存在的几种干扰形式
1.2.1 外部电网干扰
1.2.1.1 晶闸管换流设备对变频控制系统的干扰(见图2)。当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时，由于晶闸管总是在每相半周期的部分时间内导通，容易使网络电压出现凹口，波形严重失真。它使变频控制系统输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害，从而导致输入回路击穿而烧毁。
1.2.1.2 电力补偿电容对变频控制系统的干扰(见图3)。电力部门对用电单位的功率因数有一定要求，为此，许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中，网络电压有可能出现很高的峰值，其结果是可能使变频控制系统的整流二极管因承受过高的反向电压而被击穿。
1.2.2 变频器自身对外部的干扰
变频控制系统的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对与其共电源的其他设备直接造成干扰。其输出端的高次谐波，通过感应、辐射、地线系统等途径，对相关设备造成干扰(见图4)。
图4 变频器对外的主要干扰方式
1.2.2.1 静电耦合干扰。静电耦合干扰是由于干扰源电缆和周围线路间的杂散电容耦合形成的，其大小与杂散电容成正比。
1.2.2.2 电磁感应干扰。由于交流变频器电源在电缆产生的变化磁通，在周围线路中感应出电动势，从而形成感应干扰。
1.2.2.3 电波辐射干扰。变频器辐射的电波在周围线路中被感应而产生干扰。干扰电势的大小取决于电磁波的大小和辐射源与受感物间的距离。
1.2.2.4 电源线传导干扰。当变频器和其他设备使用同一电源时，对其他设备直接产生干扰。
2 变频器输出侧高次谐波的危害
2.1 高次谐波对设备的影响。谐波会增加设备的损耗进而发热，使设备寿命缩短。谐波还可使电压峰值增大，若忽略相位差，则峰值电压上升的标度值就等于电压峰值系数，这种电压升高会导致绝缘水平下降，可能使绝缘击穿。设备损坏是指由电压畸变引起的任何设备故障或工作失常。
2.2 对线路损害。一般3倍次谐波即使在负载平衡的情况下也会使中性线带电流，而且这类电流有可能等于甚至大于相电流，因此需要降低设备额定值，或者采用较大型号的导线作中性线。
2.3 对电动机损害。变频器输出侧高次谐波引起电动机附加发热，导致电动机的额外温升，同时由于峰值电压反复上升，影响电动机的绝缘能力。普通电流源型变频器的输出电流是矩形波，有脉动分量，会引起电动机转矩脉动，谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。在电动机低速运行时，还会发生步进现象，可能引起电动机与负载组成的机械系统共振。
2.4 对变压器损害。变频器输出谐波侵入变压器，电流谐波将增加铜损，电压谐波将增加铁损，总效果是导致变压器温度上升，绝缘能力降低，容量裕度减小。谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振，引起铁心磁通饱和或歪斜，从而产生噪声。
2.5 对电容器损害。高次谐波侵入电容器，因阻抗随频率的增加而减少，电容器即成陷流点，流人大量电流，从而导致过热，增加电介质的应力，甚至损坏电力电容器。当达到共振频率时，会发生振动、短路、过电流及产生噪声。
3 变频器抗干扰措施
根据电磁感应的基本原理，形成电磁干扰须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统三个要素。为防止干扰，可从这三个方面采取抗干扰措施。一般从干扰源和传播路径两方面人手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的干扰途径、降低系统对干扰信号的敏感性。
3.1 隔离。所谓干扰的隔离，是指从电路中把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速系统中，通常是电源和放大器电路之间，电源线上采用隔离变压器来避免传导干扰，如图5所示。
3.2 线路屏蔽。屏蔽干扰源是抑制干扰最有效的方法之一。通常有主电路屏蔽和控制电路屏蔽两种。变频调速器大都采用金属外壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏而干扰其他设备，同时也能削弱高频电磁场对变频器控制电路的影响。一是控制线路：要求外部信号控制信号线尽可能短(小于20 m)，且采用双芯屏蔽，注意信号屏蔽线的屏蔽层接地，只能是在一端进行，不能两端都接；二是主电路：输出线路最好用钢管屏蔽，用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。
3.3 削弱干扰源：
3.3.1 接入电抗器(见图6)。电感有阻碍电流变化的能力，将高频电流信号转变为磁场能消耗在电抗器中，减小电路中的高频电流信号，能有效提高功率因数，削弱输入电流中的高次谐波分量对其他设备的干扰。
3.3.2 接入滤波器。为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导，干扰到电源及其他电气设备，减少电机的电磁噪声和损耗，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，如图7所示。滤波器的主要作用是抑制具有辐射能力的高频谐波电流。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，以免传导干扰。
3.4 准确接地。变频器正确接地是提高系统稳定性、抑制噪声能力的重要手段。变频器接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm2，长度不超过5m。变频器的接地应与动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。
参考文献
[1]郝德全,胡洪涛.变频器应用中的干扰及其抑制[J].内蒙古科技与经济，2006-12-30.
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