变频器在电气控制柜中干扰问题解决方法

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变频器(以下简称各种工业控制系统)-VFD）随着电力电子设备的广泛应用，系统的电磁干扰越来越严重，相应的抗干扰设计技术(即与EMC电磁兼容性)变得越来越重要。有时VFD系统干扰会直接损坏系统的硬件。有时，虽然系统的硬件不能损坏，但微处理器的系统程序往往失控，导致设备和生产事故。因此，如何提高电气控制柜系统的抗干扰能力和可靠性是自动化设备开发和应用中不可忽视的重要组成部分，也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。说到VFD的抗干扰问题，先了解干扰的来源和传播方式，然后采取不同的措施。

一、VFD干扰源

先是外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要是VFDVFD由于电源干扰。电网中有大量的谐波源，如各种整流装置、交流/DC交换装置、电子调压装置、非线性负载及照明装置等。所有这些负载都会导致电网中电压和电流的波形失真，从而对电网中的其他设备造成有害干扰。如果VFD受污染到污染交流电网的干扰，电网噪声受到电网的干扰VFD干扰电源电路。电源干扰对VFD主要包括(1)过压、欠压、瞬时断电(2)浪涌和骤降(3)峰值电压脉冲(4)射频干扰。

1.晶闸管变流设备VFD的干扰

当供电网络中有大容量的晶闸管变流器时，由于晶闸管总是在每相半周的部分时间内引导，因此很容易使网络电压下降，波形严重畸变。由于反向恢复电压大，可能会损坏VFD输入侧的整流电路击穿烧坏。

2.功率补偿电容对VFD的干扰

电力部门对电气设备的功率因数有一定的要求。因此，许多用户在变电站使用集中电容器补偿来提高功率因数。在开启或关闭补偿电容器的瞬态过程中，电网电压可能达到峰值VFD由于反向电压过大，整流二极管可能会被击穿。

其次，VFD自我干扰外界。VFD整流桥是电网的非线性负载，其谐波会对同一电网中的其他电子电气设备造成谐波干扰。VFD大多数逆变器使用PWM在开关模式和高速开关中工作的技术会产生大量的耦合噪声。VFD是系统中其他电子电气设备的电磁干扰源。

VFD输入输出电流包含许多高频谐波成分。除了低频谐波外，还有许多高频谐波成分可以构成电源的无功损耗。它们以各种方式传播VFD与其它设备形成干扰信号。

(1)输入电流VFD波形输入端为二极管整流器和电容滤波电路。显然，只有电源的线电压UL大于电容器两端DC电压UD只有在整流桥中才会有充电电流。因此，电源电压范围附近总是以不连续冲击波的形式出现充电电流。它具有很强的谐波成分。相关数据显示，输入电流的5次和7次谐波分量较大，分别为50次HZ基波的80%和70%。

(2)大多数输出电压和电流的波形VFD逆变桥都是SPWM输出电压是一系列分布在正弦上的矩形波形；由于电机定子绕组的电感性，定子电流非常接近正弦波。但等于载波频率的谐波重量仍然很大。

二、干扰信号的传播方式

VFD会产生大功率谐波。由于其功率大，对系统中其他设备的干扰强，干扰方式与一般电磁干扰相同，主要包括传导（即电路耦合）、电磁辐射和电感耦合。具体来说，先对周围电子电气设备产生电磁辐射；其次，直接驱动电机产生电磁噪声，增加电机的铁损坏和铜损坏；通过配电网干扰系统电源等设备；较后，VFD感应耦合到其他相邻线路，感应干扰电压或电流。同样，系统中的干扰信号也以同样的方式干扰VFD正常工作。

(1)电路耦合模式通过电网传播。当输入电流为非正弦波时，当VFD当容量较大时，网络电压会发生变化，影响其他设备人员的工作。同时，输出端产生的传导干扰会大大增加直接驱动电机的铜和铁损坏，影响电机的运行特性。显然，这是VFD输入电流干扰信号的主要传输方式。

(2)电感耦合方法VFD当输入电路或输出电路靠近其他设备时，VFD高次谐波信号将通过电感耦合到其他设备。总结有两种方法：

a、电磁感应是电流干扰信号的主要方式；

b\静电感应是电压干扰信号的主要方式。

(3)空气辐射是指通过电磁波辐射到空气中，是高频谐波分量的主要传播方式。

　三.变频调速系统的抗干扰对策

根据电磁学的基本原理，电磁干扰(EMI)电磁干扰源、电磁干扰通道和对电磁干扰敏感的系统需要有三个要素。为了防止干扰，可以采用硬件抗干扰和软件抗干扰。硬件抗干扰是应用系统中较基本、较重要的抗干扰措施。干扰从抗干扰和反干扰两个方面抑制干扰。一般原理是抑制和清理干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低干扰信号的灵敏度。隔离、滤波、屏蔽、接地等具体措施可在工程中采取。

1.所谓干扰隔离，是指将干扰源和易损部件与电路隔离，使其无电气接触。在变频调速系统中，隔离变压器通常用于电源和放大电路之间的电源线，以避免传导干扰。噪声隔离变压器可用于电源隔离变压器。

2.在系统电路中设置滤波器的目的是抑制VFD电源从电机通过电力线的干扰信号。为了减少电磁噪声和损失，可以VFD在输出端设置输出滤波器。可以减少对电源的干扰VFD输入滤波器设置在输入端。若线路中有敏感的电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，避免传导干扰。在VFD在输入输出电路中，除上述低谐波成分外，还有许多高频谐波电流，它们以各种方式传播自己的，并对其他设备形成干扰信号。滤波器是削弱高频谐波成分的主要手段。

可根据：通常有两种输入滤波器：

a、线路滤波器主要由电感线圈组成。它通过增加高频线路的阻抗来削弱高频谐波电流。

b、辐射滤波器主要由高频电容组成。它能吸收高频和辐射能的谐波成分。

(2)输出滤波器也由电感线圈组成。能有效削弱输出电流中的高次谐波成分。它不仅起到抗干扰的作用，还能削弱电机中高次谐波电流引起的额外扭矩。VFD需要注意以下几个方面：

a、不允许在VFD输出端接电容，避免逆变管导通(关闭)瞬间出现高峰充电(或放电)电流，损坏逆变管；

b.输出滤波器时LC当电路组成时，滤波器需要连接到电容器的一侧。

3.屏蔽干扰源是抑制干扰较有效的方法。通常VFD用铁壳屏蔽，防止电磁干扰泄漏；输出线应用钢管屏蔽，特别是外部信号VFD控制时，信号线尽可能短(一般在20m内)，信号线用双芯屏蔽，主电路线(AC380V)和控制线(AC220V)完全分开，不得放置在同一配管或线槽内，也应屏蔽周围的电子敏感设备线。屏蔽需要可靠效，屏蔽需要可靠接地。

4.适当的接地不仅能有效地抑制系统的外部干扰，还能减少设备本身对外部干扰。在实际应用中，由于零线（中性线）、地线（保护接地和系统接地）和控制系统屏蔽（控制信号屏蔽和主电路导体屏蔽）的混乱连接，系统的稳定性和可靠性大大降低。

对于VFD，主电路端子PE(E，G)正确的接地是改进VFD降低噪声抑制能力VFD在实际应用中，需要高度重视干扰的重要手段。VFD接地导体的截面积一般不小于2.5mm2.长度应控制在20m以内。建议VFD与其他电源设备的接地点分开，不能一起接地。

5.使用反应器

低频谐波分量(5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等。VFD的输入电流中占比很高。它们不仅可能干扰其他设备的正常运行，而且由于消耗大量的无功功率，会大大降低线路的功率因数。在输入回路中串联电抗器是抑制低次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:

(1)交流电抗器串联电源VFD输入侧之间。其主要功能是：

a.通过抑制谐波电流将功率因数提高到0.75-0.85)；

b、在输入电路中削弱浪涌电流VFD的影响；

c、削弱电源电压不平衡的影响。

(2)DC电抗器串联在整流桥和滤波器电容器之间。它的作用相对简单，即削弱输入电流中的高谐波成分。但它比交流电抗器更有效，可以达到0.95具有结构简单、体积小的优点。

6.合理布线

通过合理理布线减弱感应传播的干扰信号。具体方法如下：

(1)设备的电源和信号线应远离VFD输入输出线；

(2)其他设备的电源线和信号线应避免与VFD输入输出线平行；

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