中心議題：

• 變頻器及電磁兼容性
• 變頻器的抗干擾措施

解決方案：

• 降低變頻器產生的諧波
• 吸收削弱附近設備產生的浪涌電壓、電流
• 消弱電源電壓不平衡對變頻器的影響

隨著我國經濟的發(fā)展和科技的進步，交流變頻調速的應用越來越廣泛。在各種調速方式中，交流變頻調速技術已被國內外公認為是最理想、最有發(fā)展前途的一種調速方式了。當工廠和設備采用交流調速時，在變頻器的電源側和電機側都會產生諧波干擾。一方面當變頻器運行時要防止會受到外界的電磁干擾；另一方面又要防止產生高次諧波干擾外部其他設備，即所謂的“EMC”。

一、什么是EMC？

EMC即是“電磁兼容性”。它是指電氣設備在電磁環(huán)境中良好的工作能力，并且不能產生在此環(huán)境中工作的其它設備所不能接受的電磁干擾。

國際電工委員會（IEC）對電磁兼容性的定義是：“電磁兼容性是電子設備的一種功能，電子設備在電磁環(huán)境中能完成其功能而不產生不能容忍的干擾。”

我國頒布的“電磁兼容性”國家標準中，對電磁兼容性作出如下定義：“設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構成不能承受的電磁干擾”。

顯然，電磁兼容性含有雙重含義：抗干擾性和干擾性。

二、變頻器及電磁兼容性

一般來說，電氣設備必須同時具有對高頻和低頻干擾的抑制能力。其中高頻干擾主要包括靜電放電、脈沖干擾和發(fā)射性頻率的電磁場等；而低頻干擾主要指電源電壓波動、欠壓和頻率不穩(wěn)定等。通常變頻器能夠運行在一個可能存在著較高電磁干擾（EM1）的工業(yè)環(huán)境中，它既是噪聲發(fā)射源，可能又是噪聲接受器。

1、變頻器所受的外部干擾
1）晶體管換流設備對變頻器的干擾：當供電網(wǎng)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導通，容易使網(wǎng)絡電壓出現(xiàn)凹凸（如圖1-1所示）。它使變頻器輸入側的整流電路有可能因此出現(xiàn)較大的反向回復電壓而受到損害。

2）補償電容器的投入和切出對變頻器的干擾：當在供電線路的變電所內采用集中電容補償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)時，在補償電容投入和切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值（如圖1-2所示）。其結果是可能使變頻器的整流二極管內承受過高的反向電壓而擊穿。

2、變頻器對外部的干擾
1）變頻器電流波形：變頻器的輸入電流和輸出電流中，都具有較強的高次諧波成分，它們將對其它控制設備形成干擾，影響其它設備的正常工作。
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輸入電流的波形：如“交-直-交”電壓型變頻器的輸入側是整流和濾波電路（如圖示2-2所示），只有電源的線電壓U2大于電容兩端的電壓UD時，整流橋中有充電電流。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（如圖2-1所示）。它具有很高的奇次諧波成份，特別是5次和7次諧波，如表一（以西門子MM3變頻器為例）。



輸出電壓與電流的波形:?絕大多數(shù)變頻器的逆變橋都采用PWM調制方式(如圖2—2)，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形波（如圖2-3所示）。

寄生電容Cp存在于電機電纜和電機內部，因此變頻器的PWM輸出電壓波形的開關翼部通過寄生電容產生一個高頻脈沖電流Is，使變頻器成為一個諧波干擾源。由于諧波電流Is的產生源是變頻器,因此它一定要流回變頻器。圖中Ze為大地阻抗,Zn為動力電纜與地之間的阻抗。諧波電流流過此二阻抗所造成的電壓降,將影響到同一電網(wǎng)上的其它設備造成干擾。[page]




3、干擾信號的傳播方式
變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成份，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其它設備的干擾信號。大體上說，干擾信號的傳播方式有以下幾種

1）電路耦合方式：即通過電源網(wǎng)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(wǎng)絡電壓產生畸變，影響其它設備工作。這是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。

2）感應耦合方式：當變頻器輸入電路或輸出電路與其它設備的電路靠得很近時，變頻器的高次諧波信號將通過感應的方式耦合到其它設備中去。感應的方式有兩種

電磁感應方式：即通過電感而感應。這是電流干擾信號的主要傳播方式。
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靜電感應方式：即通過線間電容而感應。這是電壓干擾信號的主要傳播方式。
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3）空中幅射方式：即以電磁波的方式向空中幅射，這是頻率較高的諧波含量的主要傳播方式。

4、變頻器的抗干擾措施

1）、電抗器（如圖4-1所示）：在變頻器的輸入回路中，頻率較低的諧波含量（5-11次等）所含的比重較高，它們除了可能干擾其他設備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數(shù)大為下降。在輸入電路中串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。


交流電抗器（進線電抗器）：串聯(lián)在電源與變頻器輸入側之間（如圖4-1中La），進線電抗器的主要作用如下：?
（1）降低變頻器產生的諧波，同時增加電源阻抗。
（2）吸收削弱附近設備產生的浪涌電壓、電流和主電源的電壓尖峰對變頻器的沖擊。
（3）消弱電源電壓不平衡對變頻器的影響
直流電抗器（平波電抗器）：串聯(lián)在整流橋和濾波電容之間(如圖4-1中Ld)，它的功能主要就是削弱逆變器輸入電流中的高次諧波成份，并且可通過抑制諧波電流來提高功率因數(shù)。
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2）濾波器；在變頻器的輸入輸出側電路中，除上述較低次的諧波成份外，還有許多頻率較高的諧波電流，它們將以各種方式形成對其他設備的干擾信號，濾波器就是用于削弱頻率較高的諧波分量的方法(如圖4-2所示)。
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輸入濾波器：通常有兩種?

（1）線路濾波器：主要由電感線圈構成(如圖4-2中F11所示)。它主要通過增大線路在高頻下的阻抗來削弱頻率較高的諧波電流。
（2）輻射濾波器：主要由高頻電容構成(如圖4-2中F12所示,也可以△接方式)。它將吸收掉頻率很高的具有輻射能量的諧波成份。使得流回電源的高頻電流大大減少。（也可以采用變頻器生產廠家提供的專用“無線電抗干擾濾波器”）。

輸出濾波器：也主要由電感線圈構成（如圖4-2中F0所示）。它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成份，不但起到抗干擾作用，而且能削弱電機中高次諧波電流引起的附加轉矩。
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注：當輸出濾波器由LC電路構成時，濾波器內接入電容器的一側，必須與電動機相接。


3）、使用屏蔽電纜及合理布線：對通過感應方式傳播的干擾信號可通過下列方式予以消除。

使用屏蔽電機電纜：對于高頻干擾，如果高次諧波干擾電流Is有一條合理的通道，則高頻干擾是可以得到抑制的。如果使用非屏蔽電纜，則高次干擾諧波電流Is以一個不確定的路線流回變頻器，并在此回路中產生高頻分量壓降，影響干擾其它設備。為使高次諧波干擾電流Is能沿確定路線流回變頻器，需要采用屏蔽電機電纜(如圖4-3所示)。電纜屏蔽層必須連接到變頻器外殼和電機外殼上，當高次諧波干擾電流Is必須回變頻器時，屏蔽層形成一條有效的通道。這樣，高次諧波干擾電流就不會在Ze上產生壓降，在Zn上的壓降可由進線電抗干擾濾波器來抑制（如圖4-2中的F12）。



設備的抗干擾性和干擾性是一個很重要的問題,目前EMC已成為系統(tǒng)故障的一個主要原因。EMC的一條準則是“預防是最有效的、最經濟的方案”。所以EMC已成為保證變頻設備可靠正常運行的一個不可忽視的重要問題。