变频器谐波干扰及削弱抑制措施

1、变频器谐波干扰及削弱抑制措施    【摘 要】文章介绍了变频器在调速应用中所产生的不利影响及解决措施，重点包括产生谐波的原因、谐波危害、探讨应对电磁干扰的解决方法等。 【关键词】变频器；谐波；电磁干扰；抑制；削弱；措施 前言 变频器能产生功率较大的谐波， 对系统其他设备干扰性较强。变频器的主电路最终转变为频率可变的交流信号，而在电源侧有整流电路的设备，都将产生非线性引起的谐波。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。在调速应用领域中，变频器调速有诸多优点，但由于变频器逆变电路的开关特性，变频器也成为电网中最主要的谐波产

2、生源之一。 1 变频调速系统的电磁干扰源分析及其传导途径。 1.1 主要电磁干扰源 电磁干扰是一些外部噪声和无用信号在接收端中所造成的干扰，通常是通过电路传导并通过电（磁）场的形式传播扩散。相对电网而言，变频器的整流桥是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网内的其它所有电子、电气设备产生谐波干扰。另外，现在变频器的逆变器大多采用PWM技术，会携带着产生大量的耦合性噪声发生。因此，我们说变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一个非常大的电磁干扰源，我从另一方面来开看，电网中的谐波干扰其最主要的是通过变频器的供电电源干扰变频器。 1.2 电磁干扰的途径 变频器能产生功率较大的谐波，在传导的过程中

3、，与变频器输出线平行敷设的导线又会产生电磁耦合形成感应干扰， 变频器输出侧谐波又会辐射，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是相同的，分电磁辐射、传导、感应耦合这几项。 1.2.1 电磁辐射 要想变频器摆脱辐射，理论上就要将变频器放在全封闭的并可接地的铁外壳内，阻止变频器通过空间的作用向外辐射电磁波。其辐射场强取决于三个方面：即干扰源的电流强弱；装置的等效辐射阻抗程度；干扰源的发射频率高低。现在的技术应用中，高载波频率和开关器件的高速切换在辐射干扰中已经占了很大的一部分。假设变频器的金属外壳不完整，带有缝隙或孔洞，利用辐射强度与干扰信号的 波长有关的特性，当孔洞的大小与电磁波

4、的波长接近时，会形成干扰辐射源 向四周辐射。同时辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。 1.2.2 传导 传导是连接与其相连的导线向外部发射或者是通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入另一个电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可能会更远。最典型的途径是：低压线路中的变频器所发生的干扰信号将沿着配电变压器顺利进入中压供电网络，并通过各种途径沿着另外一些配电变压器等最终进入民用低压配电网络，使配电母线的电气设备自然又成为了远程的受辐射体。 1.2.3 感应耦合 感应耦合其本身是介于辐射传播与传导传播之间的另一种传播途径。当干扰源的频率在低位时，被干扰的电磁波辐射能力处在比较弱的程度，因为干扰源是独立的

5、，不直接与其它导体连接，但电磁干扰能量自身还是可以通过变频器的输入、输出导线及与电磁干扰相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出电磁辐射的干扰。感应耦合出现的形式很多，可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式出现还可以以电容、电感混合的形式出现，上述这些都与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等客观因素有或多或少的关系。 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调的，当谐波较大时，尽可能提高载波频率。为降低自身功耗，尤其是采用IGBT元件的变频器，出厂值一般设定为较低值。在实际应用中，例如调整载波频率从2KHz提高到16KHz

6、，自身功耗增加约2.5倍，发热量约增加6倍，但输出电流波形正弦性变好，波形光滑毛刺减少，电机噪音与发热量降低，对减小谐波有利。选择合适的载波频率，对抑制和减少谐波有相当的作用。 2.2 隔离 所谓干扰的隔离是指从电路上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。将变频系统的供电电源与其他设备的 供电电源相互独立，或在变频器和其他用 电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐 波电流。在变频调速系统中，通常是在电源和变频器之间的电源线上采用交流电抗器以免传导干扰，交流电抗器对5-19次谐波有显著的抑制作用，选用时电压降控制在3%的额定电压，不宜过高或过低，另外可在变频器直流回路（整流-滤波

7、）直接串接直流电抗器，可有效降低输入侧电流谐波，同时也改善了功率因素，作用相当显著。 2.3 滤波 在变频器输入侧设置输入滤波器，设置C-L-C与L-R-C高通滤波器有抑制干扰信号、克制它从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机的作用。可在变频器输入侧设置输入滤波器达到减少对电源的干扰作用。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。为减少电磁噪声、损耗等浪费现象，在变频器输出侧可再次设置输出滤波器。因在变频器的输出端不允许接入电容器，以免在逆变管 导通瞬间，产生峰值很大的充电电流，损坏逆变管。破坏绝缘，还会引起开关跳 脱、引起误动作。保护电器电流中含有的谐 波会产生额

8、外转距，改变电器动作特性，引 起误动作，甚至改变其操作特性，或烧毁线 圈。所以选用时，22KW以下变频器宜选用串联式，以上选用并列式滤波器，需要注意的是，输入和输出滤波器不相互通用，需针对性选择安装。 2.4 屏蔽 最有效抑制干扰的方法就是屏蔽干扰源。通常变频器本身用金属外壳屏蔽，避免电磁干扰的泄漏。而最好用钢管屏蔽输出线，尤其是以外部信号作为控制变频器的时候，要求信号线的尺寸尽可能短，且采用双芯信号线屏蔽，如果变频器具备了通讯功能，尽量采用总线通讯的方式，避免硬接点与模拟给定带来的更多引线。通过主电路及控制回路完全分离的做法，分置于不同的配管或线槽内，屏蔽周围电子敏感设备线路同时保证屏蔽罩必

9、须可靠接地使屏蔽产生实际有效。 2.5 接地 实践证明，接地设置是降低噪声和防止干扰极为重要的手段。接地方式的好坏直接影响着系统的抗干扰能力，对内部噪声的耦合有时也能起到很好的抑制作用，从而形成保护层抵挡外部干扰的侵入。变频器的接地方式有很多，要根据具体情况采用，如多试点接地、一点接地和经母线接地等，要注意不要因为接地状况不良而对设备产生干扰。 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。发挥效能在低频率下较好；多点接地：指装置中的每个点都直接连接到距它最近的接地点。发挥效能在高频率下较好；混合接地：是根据信号频率的强弱和接地线的长短，来选用单点接地和多点接地并用的一种方法。作

10、为变频器本身，其有专用接地端子PE端，以安全和降低噪声为出发点考虑，必须接地。地线不能接在电器设备的外壳上也不要接在设备的零线上，且接地极的位置也要在合理的基础上慎重考虑。 2.6 正确安装 作为一种精密的功率电力电子产品，变频器现场是否安装完好也时刻影响着变频器能否正常工作。正确的安装方法可以确保变频器在安全稳妥的环境下运行。所以对变频器的安装环境有一定的要求，不是任何环境下都可以随意安装。一般使用手册对变频器的使用温度规定在最低温度-10，最高温度不得超过50；对变频器的海拔高度也有一定的要求，应小于1000m，如若超过这一规定应降使用；经常发生振动的地方不适合安装变频器。对振动冲击较大的

11、场合，应采用相应的防振措施；电磁干扰源附近不得安装变频器；空气污染严重的环境下不适合安装变频器，潮湿的环境也不易安装，如若安装应尽量采用密封柜式结构，且使变频器处于通风状态下，确保控制柜内有足够让变频器冷却的风量，其典型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允许的温升值。 3 对于导致控制部件电动机过热的干扰 运用变频器还可以对电动机的调速进行控制，由于高次谐波频率增大，电容器对高次谐波阻抗减小，因过电流而导致温度升高过热、甚至损坏电容器；甚至有可能发生谐波共振，加重谐波的危害。即使是对同一电动机，在同一频率下运行，电动机也将增加5%10%的电流，自然会提高电动机的温度。一般电动机的制冷风扇

12、大多采用在电动机轴上安装，在低速运行连续进行时，由于自身冷却风扇的冷却能力不足，会出现电动机过热的现象。 电动机过热的对策有以下几种： （1）改变调速设置，为电动机另配相应使其冷却的风扇或改自冷为它冷，提高低速运行时其冷却能力。 （2）避免电动机连续低速运行，选用容量较大的变频器专用电动机。 4 结束语 随着电力电子及微电子技术的发展进步现代电气自动化程度的提高，各种电磁干扰也日益增多，对变频器的干扰如果没有深入的认识，具体方案及相应的处理措施，处理彼此之间的相互电磁干扰危害，更大程度的确保生产的正常进行和设备的稳定。以上通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决与改善。 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J.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（0