关于变频器抗干扰技术的探讨与研究

李斌

摘要：本文针对公司采用的型号为IHP-160K变频器抗干扰所采取的防护措施，在硬件上从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统干扰信号的敏感性，保证其可靠工作，最后还对变频器的抗干扰技术做了展望。
关键词：变频器抗干扰技术研究建议前景展望
Abstract: in this paper the model for the IHP-160 K frequency converter to anti-interference measures of protection on hardware and the resistance from the two aspects of to suppress and eliminate interference sources, to cut off the interference on system coupling channels, reduce the sensitivity of the disturbance signal system, to ensure the reliable work, and finally in the anti-interference technology were discussed.
Keywords: inverter anti-interference technology research suggests that prospect

中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：
一、概况
随着科学技术发展，各种工业控制系统得到日新日益的发展，在各种工业控制系统中，随着变频器等电力电子装置的广泛应用，变频器的节约电能得到了广大用户的充分认可，但系统的干扰比较严重。变频器的干扰造成系统硬件的损坏，有时能导致控制失灵，造成设备发生事故。为了变频器的安全稳定运行，结合本厂的现场使用变频器的情况，就采取的抗干扰措施进行了研究。
二、本厂变频器性能简介和抗干扰的措施
本厂采用10台IHP-160K型变频器，根据电磁性的基本原理，形成电磁干扰须具备三要素：电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道，降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
1、干扰隔离：是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离出来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。
2、设置滤波器：为减少对电源干扰，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以免传导干扰。在变频器的输入和输出电路中，除了上述较低的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。
滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段，根据使用位置的不同，可分为输入滤波器和输出滤波器。输入滤波器又分为两种,一种是线路滤线器，主要由电感线圈构成，它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。一种是辐射滤波器，主要由高频电容器构成，它将吸收掉频率很高的、具有辐射能量的谐波成分。输出滤波器可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分，不但起到抗干扰的作用，且能削弱电动机中由高次谐波谐波电流引起的附加转矩。
3、屏蔽干扰源：通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏；输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线（AC380V）及控制线（AC220V）完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。
4、接地：正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线、地线不分、控制系统屏蔽地的混乱连续，大大降低了系统的稳定性和可靠性。对于变频器，主回路端子PE（E、G）的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20M以内，建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。
5、采用电抗器：在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有以下两种：
5.1交流电抗器:串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有：通过抑制谐波电流，将功率因数提高至（0.75-0.85）；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的影响。
5.2直流电抗器串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一，就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比较流电抗器有效，可能0.95，并具有结构简单、体积小等优点。
6、合理布线：对于通过感应方式传播的干扰信号，可能通过合理布线的方式削弱。具体方法为：设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线；其他设备电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。
三、变频器安全运行的安装要求
我厂所用变频器的型号为IHP-160K，对该变频器所采取的防护措施：变频的设计允许他在很强的电磁干扰工作环境下进行，通常可以保证其安全无故障的运行。
1、确信机柜内的所有设备已用短而粗的接地电缆，可靠地连接到公共的星形接地点或公共的接地母线。
2、确信与变频器连接的任何控制设备也像变频器一样，用短而粗的接地电缆连接到同一个接地网或星形接地点。
3、对于电动机返回的接地线直接连接到控制电动机的变频器的接地端子（PE）上。
4、接触器的触头上是扁平的，因为它们在高频时阻抗降低。
5、截断电缆的端头是要求整齐的，保证未经屏蔽的线段尽可能短。
6、控制电缆的部线应尽可能远离供电电源，使用单独的走线槽，在必须于电源线交叉时，保证相互采取90度直角交叉。
7、将控制回路的边线都采用了屏蔽的电缆。
8、确信机枢内安装的接触线应是带阻尼的，也就是说在交流接触器的线圈上连有R-C阻尼回路；在直流接触器的线圈上连接有“续流”二极管。安装压敏电阻为抑制电压也是有效的方法，当接触器由变频器的继电器进行控制时，这一点尤其重要。
9、在连接电动机连接线应采用屏的或带有铠甲的电缆，并有电缆接线卡子将屏蔽层两端接地。
10、要求电缆长度不超过50米（屏蔽的）或100米（不屏蔽的）时，所有型号的变频器都按照技术规格的数据满负载运行。
四、变频器防抗干扰能力的前景展望
1、技术先进：未来的变频器控制技术将在基于电动机模型的矢量控制、直接转矩控制的基础上，融入基于现代理论的模型参考自适应技术、多变量解耦控制技术、最优控制技术和基于智能控制技术的模糊控制、神经元网络、专家系统和过程自寻优、故障自诊断技术等，使通能变频器傻瓜化。
2、高速全数字化控制：随着以32位高速微处理器为基础的数字控制器的应用，新型电力电子器件应用技术、Windows操作系统以及各种CAD软件、通信软件被引入到变频器控制技术中，使得能够实现各种控制算法、参数自设定、自由设计控制功能、图形编程技术等数字化控制技术。
3、新型应用技术：随着新型电力开关器件的发展，可关断驱动技术、双PWM逆变技术、柔性PWM技术、全数字自动化控制技术、静动态均流技术、浪涌吸收技术、光控及电磁触发技术、导热与散热技术将得到迅速发展。
4、变频器的大容量化和小体积化：随着大容量开关器件及其并联、串联应用技术和控制技术得到应用，变频器大容量化已成为现实。将保护电路集成在同一封装内，具有高性能、高可靠性、小型化的优点，所以在中小型变频器中将得到广泛应用。
5、绿色产品技术：随着人们对环境问题愈趋重视，变频器的电磁兼容性（EMC）技术也越来越受到重视。在变频器推广应用初期，噪声问题曾经是一个比较大的难题，随着采用低噪声变频器的出现，这个问题已得到较好的解决，但随之而来的是变频器对周围环境的电磁污染，变频器本身的谐波分量会造成对电源的干扰，并影响到接于同一电源系统的其他设备。随着变频器技术的发展和人们对环境问题的重视，这些问题将不断得以解决。

参考文献
1、《电机学》牛维扬主编——北京：中国电力出版社；
2、《电力系统分析》何仰赞、温增银——武汉：华中科技出版社；
3、《高电压技术》张一尘——北京：中国电力出版社；
4、《通用变频器选型应用》王仁祥、王小曼编著——北京：人民邮电出版社。