變頻器電氣干擾原因分析及預(yù)防對策

1、變頻器電氣干擾原因分析和預(yù)防對策：希望森蘭科技股份有限公司 蔡士齊1 引言通用變頻器由于電力設(shè)備和控制技術(shù)的發(fā)展，正在不斷地開發(fā)出新的產(chǎn)品，它促進(jìn)了工業(yè)的自動化、工藝的合理性和節(jié)能的需要，同時也使工業(yè)電動機(jī)對變頻器需求量迅速地擴(kuò)大，工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品也由此取得的高附加值。兩者相互結(jié)合相互促進(jìn)，獲得了驚人的發(fā)展。如此方便實(shí)用的變頻器，隨著安裝臺數(shù)的增加和使用在人們居住和工作地方附近，出現(xiàn)了對周圍的電子機(jī)器（或稱為電子設(shè)備）的電氣干擾，造成這些機(jī)器的故障，還有電動機(jī)產(chǎn)生的振動噪音也成了嚴(yán)重問題。有關(guān)振動噪音問題正的解決，一些廠家設(shè)法采用10khz以上的高載波頻率pwm技術(shù)，做成低噪音類型的變頻器去克服振

2、動噪音。但對于電氣干擾（或稱為電氣噪音）應(yīng)該從包括變頻器在內(nèi)的整個裝置系統(tǒng)來進(jìn)行討論和預(yù)防。然而，根據(jù)安裝條件的具體不同，周圍機(jī)器受到干擾的影響程度也有所不同。本文關(guān)于變頻器的干擾問題作出有關(guān)產(chǎn)生原理、具體對策和預(yù)防方法的解說。并在本文后面，推薦了預(yù)防干擾的具體對策例子。2 什么是干擾關(guān)于變頻器發(fā)生的干擾，其發(fā)生原理及對易受干擾機(jī)器的的影響，敘述如下：2.1 變頻器為何產(chǎn)生干擾圖1是變頻器的基本電路圖。它是一種先用整流器把交流電變?yōu)橹绷麟姡ㄕ蜃儞Q），再用逆變器的6個大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，按照pwm控制方式，把直流電變?yōu)槿嗫勺冸妷汉皖l率的交流電(反向變換)的裝置，最后輸出給交流電動機(jī)做變速控

3、制。圖1 變頻器的基本電路圖由于這個6個大功率半導(dǎo)體開關(guān)的高速的開通或關(guān)斷，就發(fā)生了干擾（電氣噪音）。高速的開通和關(guān)斷，每開關(guān)一次就經(jīng)由在逆變器的輸入輸出電線和電動機(jī)與大地間的寄生分布電容 c 輸出了干擾電流。這個干擾電流的大小是：i =c×dv/dt它與寄生分布電容c和半導(dǎo)體的開關(guān)速度dv/dt有關(guān)系。這個干擾電流還與每個半導(dǎo)體開通和關(guān)斷電流的載波頻率也有關(guān)。除了變頻器中的逆變器產(chǎn)生干擾之外，在變頻器控制電路的開關(guān)電源，即dc/dc變換器，也由于晶體管的開關(guān)動作，成為發(fā)生干擾的根源之一。這些干擾的頻帶范圍在數(shù)十mhz，對am（調(diào)幅）無線電收音機(jī)、工廠無線電話等通訊工具或機(jī)器會造成干

4、擾影響。2.2 干擾的種類變頻器發(fā)生的干擾，通過主電路的線路被傳播到電源方向及電動機(jī)方向，使得從電源變壓器一直到電動機(jī)的寬廣的范圍內(nèi)造成干擾影響。干擾的傳播途徑，如圖2所示到處都有。大致區(qū)分的話，分成傳導(dǎo)干擾，感應(yīng)干擾，輻射干擾3個途徑。圖2中傳導(dǎo)干擾、感應(yīng)干擾，是輻射干擾。對此，下面作詳細(xì)說明。圖2 干擾的傳播路徑(1) 傳導(dǎo)干擾在變頻器內(nèi)發(fā)生的干擾，順著導(dǎo)體傳遞給周圍的機(jī)器，造成的影響是傳導(dǎo)干擾。它分別是：圖3中的經(jīng)由主回路傳輸?shù)诫娫吹膫鬟f。還有，如果共同連接到同一地線，有經(jīng)由的傳遞途徑。再有像那樣，經(jīng)由傳感器的信號線和屏蔽線的傳導(dǎo)干擾途徑。圖3 傳導(dǎo)干擾(2) 感應(yīng)干擾干擾電流流動到變頻

5、器的輸入和輸出的電線上，該電線如靠近周圍設(shè)備的電線或信號線時，通過電磁感應(yīng)（圖4）和靜電感應(yīng)（圖5），在周圍設(shè)備的電線和信號線里感應(yīng)出干擾電勢。這屬于感應(yīng)干擾。圖4 磁感應(yīng)干擾圖5 靜電感應(yīng)干擾(3) 輻射干擾 在逆變器內(nèi)發(fā)生的干擾，經(jīng)由輸入和輸出的主回路電線，以無線電地線和天線方式向空中發(fā)射，造成對周圍設(shè)備和對廣播、無線通訊設(shè)備的影響，在圖6中是輻射干擾。輻射干擾不僅發(fā)源于變頻器的線路，而且電動機(jī)的安裝座或框架、逆變器的安裝柜等也都可能成為像發(fā)射天線一樣的發(fā)射源。圖6 輻射干擾3 變頻器對電子機(jī)器和同一系統(tǒng)其他機(jī)器造成的影響變頻器迅速地在各應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大使用，它的影響已必須把它和被設(shè)置的電子機(jī)

6、器以一個系統(tǒng)來作考慮，研究它和消除它的對策介紹如下。(詳細(xì)請見4.3節(jié))3.1 對am(調(diào)幅)無線電的影響(1) 變頻器一運(yùn)轉(zhuǎn)，就對附近am無線電發(fā)生像加入噪音似干擾影響 (注：對fm（調(diào)頻）無線電，電視幾乎不帶來影響)； (2) 應(yīng)認(rèn)為從變頻器發(fā)射的干擾，這時已被無線電接收到了；(3) 對變頻器的電源端設(shè)置的抗干擾濾波器等，發(fā)覺改善較為有效。3.2 對電話的影響(1) 變頻器一運(yùn)轉(zhuǎn)，電話通話就中斷，雜音就進(jìn)入，電話內(nèi)容變得難以聽見；(2) 應(yīng)認(rèn)為變頻器及電動機(jī)發(fā)出的高頻泄漏電流，由電話電纜或屏蔽線進(jìn)入電話網(wǎng)絡(luò)，引起干擾噪音；(3) 如果把電動機(jī)的接地端，接到逆變器的接地終端的話，發(fā)覺會有效地

7、消除噪音。3.3 對壓力傳感器的影響(1) 如果變頻器一運(yùn)轉(zhuǎn)，會發(fā)生壓力傳感器誤動作的情況； (2) 應(yīng)認(rèn)為干擾通過地線侵入壓力傳感器信號線的可能；(3) 如果對變頻器的電源側(cè)設(shè)置干擾濾波器，并且把輸入輸出電線和接地線與壓力傳感器的控制電路引線分離開，這種做法可能會表現(xiàn)出消除有效。3.4 對位置檢測器（脈沖編碼器）的影響(1) 如果變頻器一運(yùn)轉(zhuǎn)，脈沖編碼器就發(fā)生錯誤動作，發(fā)生停止位置的偏差；(2) 當(dāng)電動機(jī)的動力線和編碼器信號線一起被包捆狀況時，這種干擾變得容易發(fā)生；(3) 如果把動力線和編碼器的信號線分離，能夠降低感應(yīng)干擾、輻射干擾的影響。再有，變頻器的輸入輸出端設(shè)置抗干擾濾波器，這樣的對策

8、也有效果。3.5 對接近開關(guān)的影響(1) 變頻器一運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)電容式接近開關(guān)誤動作；(2) 應(yīng)認(rèn)為電容式接近開關(guān)存在耐干擾容限低的問題； (3) 如果把變頻器的輸入端連接到濾波器上，把接近開關(guān)的電源的0v一側(cè)通過電容器接地，這樣的處理會有效果。另外，更換電磁式等干擾容限高的接近開關(guān)，也可作為對策。4 對變頻器產(chǎn)生干擾的對策有關(guān)干擾的對策，當(dāng)然需要重視效果較為顯著?？墒?，最好能有恰當(dāng)對應(yīng)策略和用簡單的手段就能解決，所以要根據(jù)干擾的嚴(yán)重程度和設(shè)備狀況來實(shí)施既經(jīng)濟(jì)又優(yōu)良的對策。4.1 事前的處理當(dāng)安裝變頻器，或安裝變頻器到柜體內(nèi)去的時侯，關(guān)心干擾是事前要做的重要事情。一旦干擾引起故障或發(fā)生停機(jī)，為解決

9、這復(fù)雜麻煩問題，必然會付出機(jī)械上、材料上、時間上大量的費(fèi)用。 所以要對干擾問題做一下事前處理：(1)分離主電路和控制電路的線路； (2)把主電路線路，用金屬管收納；(3)控制電路采用屏蔽線、雙絞線等；(4)正確的實(shí)施接地工程和接地接線。實(shí)施以上諸措施后，可以避免一大半的干擾困擾。4.2 對策的具體辦法有關(guān)干擾的對策，有根據(jù)傳播路徑的處理方法，和針對受到干擾機(jī)器的處理方法。而基本的對策是用于受干擾影響的一側(cè)的機(jī)器。(1) 先實(shí)施主電路及控制電路的線路分開的措施，干擾的影響會減小。再處理干擾發(fā)生側(cè)的機(jī)器；(2) 設(shè)置干擾抑制濾波器等，使干擾的水平下降；(3) 采用金屬布線管，金屬制控制柜等，使干擾

10、被屏蔽；(4) 采用電源用隔離變壓器等，阻斷干擾的傳播途徑。 表1整理了采用上述的防止干擾方法，表中描述對策的目標(biāo)和形成干擾的傳播路徑等。表1 變頻器干擾的防止對策4.2.1布線和接地?zé)o論在變頻器的控制柜內(nèi)部或外部，主電路及控制電路的布線應(yīng)盡可能地分離，控制電路的線路采用屏蔽線、雙絞線等干擾難侵入的電線，同時，線路距離應(yīng)最短（參照圖7）。不用說主電路線路及控制電路的線路是成束的導(dǎo)線，如不得不平行布線，需如圖中所示用屏蔽板隔開，避免感應(yīng)。圖7 線路分離的辦法 主回路的布線，因采用金屬布線管，管體接地線的措施，防止干擾的傳播（參照圖8）。圖8 金屬布線管的接地屏蔽線的屏蔽層，原則上以一點(diǎn)接到控制電

11、路的基準(zhǔn)地(com)上，避免多點(diǎn)接地形成環(huán)流（參照圖9）。 圖9 屏蔽線的處理接地的作用，不用說是為了防止漏電引起觸電，但當(dāng)有干擾的侵入時，也有防止發(fā)射的效果。接地工程，按照主電路電壓有c種接地工程(ac300v600v)和d種接地工程(ac300v以下)。各接地布線，有采用專用接地，也有接地點(diǎn)分別設(shè)置的做法。4.2.2 控制柜安裝變頻器的控制柜，一般是金屬制、這個金屬箱的設(shè)計要能夠屏蔽來自變頻器本身的輻射干擾。另外，在同一控制柜內(nèi)要設(shè)置可編程控制器（plc）等別的電子機(jī)器的時候，需十分注意各機(jī)器之間的配置。根據(jù)柜內(nèi)情況，應(yīng)設(shè)置變頻器主體和外圍機(jī)器之間的屏蔽板。4.2.3 解決干擾用的電器設(shè)備

12、要降低電路傳輸?shù)母蓴_和從主回路布線空間傳播的干擾，應(yīng)采用線路濾波器和隔離變壓器（參照圖10）。 圖10 各種濾波器及接法線路濾波器有兩種簡易濾波器，分別是：與電源線并聯(lián)的電容性濾波器、串聯(lián)接入電網(wǎng)的電感性濾波器。還有為了限制干擾的正式濾波器（lc 濾波器），應(yīng)該按照最終降低干擾效果而靈活地運(yùn)用。 隔離變壓器有一般的隔離變壓器和屏蔽隔離變壓器等，他們阻止噪聲傳遞的效果也不相同。4.2.4 受到干擾一側(cè)的處理與變頻器一同裝在控制柜內(nèi)并位于變頻器旁邊的電子機(jī)器，強(qiáng)化它自身的耐干擾特性也是非常重要的事情。對于這些的機(jī)器的控制電路布線，使用線路濾波器、屏蔽線或雙絞線，這些都用以阻止干擾的侵入，同時還要做以下的處理：(1) 在信號回路的輸入輸出端子上，并聯(lián)接上電容器或電阻器，使得呈現(xiàn)很低電路阻抗；(2) 信號回路里串聯(lián)插入扼流線圈，有孔鐵氧體磁心等，使得對干擾產(chǎn)生高阻抗。 同時，把信號基準(zhǔn)線（0v線）采用很粗的接地線，也是有效應(yīng)對干擾方法。4.2.5 其他傳導(dǎo)干擾的電平，根據(jù)變頻器的載波頻率也跟著變化，載波頻率越高，必然引起干擾電平也越高。對載波頻率可