变频器应用中的抗干扰措施探讨谢林

变频器应用中的抗干扰措施探讨谢林

谢林

(国家能源集团神东洗选中心陕西榆林719315)

摘要：要想合理的应对和处置变频器在工作时受到的干扰性问题，就要首先明确检修维护的思路，从其表现状态来分析其问题的成因，找到干扰的来源和源头，一方面采取措施来加强变频器设备本身的抗干扰能力，而另一方面则要从干扰因素的源头出发，解决其来源问题，就可以有效地去消除干扰因素。

关键词：变频器；抗干扰措施；应用

引言

变频器是一种复杂技术的统称，通常包含自动控制技术、微电子技术、通讯通信技术以及电子技术的支持，能够利用软启动的方式加强对于设备的保护，减少机械设备可能出现的机械冲击，进而实现设备高效维护的目的。然而，在实际变频器管理中，却常常会发生被多种干扰源干扰的问题，导致变频器无法正常运行，进而影响整体工程的质量和效率。鉴于此，对于变频器应用中抗干扰措施的研究具有鲜明的理论和实践意义。

1变频器主要构成及其发展情况

1.1变频器设备的主要构成部件

变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、检测单元、驱动单元等部分组成。通过控制其内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，按其工作原理分为U/F控制、矢量控制、转差频率控制等方式，目前我中心各洗煤厂在用变频器大约为500台，主要为ABB、施耐德、伟肯等，变频器在各厂的应用不仅有效延长了其所带负载的使用寿命，同时在节能降耗方面也起到了至关重要的作用，所以，了解并掌握变频器的工作原理，对做好变频器的应用和提高变频器的应用效果具有重要作用。

1.2变频器设备应用发展情况

电力设备研发和技术创新发展，促使变频器这种关键的电力设备的持续发展和进步。变频器主要是利用了变频技术以及微电子技术，通过转变电机的工作电源的频率，以此来控制电机设备的运转，达到控制电力的目标，同时可以改变电压，确保电力设备的正常运行状态。变频器具备很强的调频、调速能力，可以根据电机运行的实际需求和条件来为其提供充足的电压和电源，减少不必要的电能消耗和浪费。由此可见，变频器还具备很强的保护功能，对于电机过流、过压以及过载进行保护。

2变频器受干扰原因分析

2.1变频器受到外部因素影响

变频器自身位于一个电网中谐波位置上，作为供电电源干扰变频器受到干扰的几率较大，通常而言，在一个电网的内部，往往存在着很大量的谐波电源，例如整流电源、交流和直流交换器以及大功率的照明设备等等[1]。这些外部因素都会对变频器产生负载，进而导致电网中的电压电流发生异变，也就是所谓的干扰。通常，供电电源变频器受到外部因素干扰后，一旦不进行后续的处理，就会导致电网噪声过大，这些波形噪声干扰变频器后，变频器会出现一系列问题，例如压力过大、瞬间掉点、尖峰时间脉冲过高或者射频干扰等。变频器受到外部因素影响大致分为两种，一种是变频器受到晶闸外部管换流设备的干扰，具体而言，就是一种供电网络具有较大容量的晶体闸管设备时，晶体闸管会发生半周期部分流通的现象，不完全的流通会导致电压出现凹凸不平的现象，导致波形变动甚至失真。变频器输入端整流电路出现反向电压损害的程度加大，可能会导致输入电路整体被击穿甚至发生烧毁等情况。另一种是变频器受到电力补偿系统的干扰，通常供电企业对于用电单位的功率电流都有固定值要求，因此很多用户都利用变频器的方式进行电容补偿，提升整体功率指数，进而实现工作效率的提升，但是片面工作效率的提升会导致变频器受到外部因素的影响，导致补偿电容切换过程中导致网络电压瞬时电流上升，结果导致整个变频器的整流二极管内部受电压过大，变频器自然受到干扰，甚至被击穿。

2.2变频器自身因素导致受干扰

变频器本身从整流桥角度而言，对于电网是非线性负载状态，因此产生的谐波也会对于同电网内部的其余电子谐波产生干扰。除此以外，变频器的逆变器通常利用较为传统的技术实现，在实施工作模式向高速模式切换进程中，会导致耦合性噪声扩大[3]，由此可见，变频器本身的原因也会导致其受到干扰。变频器输入和输出过程中，都具有较多的高次谐波成分，无功损耗的低次谐波和高次谐波成分相融合，自身能量难以消化，导致对于变频器本身以及其他设备的综合性干扰。一方面，变频器输入管道是通过二极管整流和电容过滤波实现的，充电电源通常仅仅在电源电压附近值进行波动，呈现出不连续的波状形态，高次谐波成分较强，资料表明，输入管道内部五到七次的谐波分量最重，分别为81%和75%。另一方面，当前实践中常见的多数变频器中的逆变器采取多种调制的方式，这种变频器输出的电压电流占比接近于正弦的分布，呈现出矩形的波状，同时由于电动机本身具有电感的性质，电流波更加接近正弦波状，本身与变频器的谐波差异较大，导致自身抗干扰能力下降。

3变频器应用中的抗干扰措施

从变频器实践经验和电磁学理论知识中，不难发现，想要形成一定程度的电磁干扰，以下三大因素是必不可少的，首先是电磁干扰的干扰源、其次是干扰的整体路径，最后是电磁干扰的敏感性系统。相对应的，抗干扰措施研究的整体原则是控制或者消除干扰源、严格把控和消除干扰通道以及降低整体系统的敏感性，防止出现信号的深度干扰问题。因此，在抗干扰措施的研究中，也可以从这三大基本要素入手，从变频器硬件和软件等角度进行分析。

3.1隔离变频器干扰源

隔离变频器干扰源，顾名思义，就是将电路上容易受到干扰的硬件和软件和变频器从物理角度隔离开来，直接方式两者之间存在电路联系。在变频器实际进行传送的过程中，通常而言，电源和放大器电路本身之间采取隔离的方式较为普遍，在变压器的选择中多选取噪声隔离类型的变压器，实现隔离变频器干扰源的目标。

3.2屏蔽变频器干扰

屏蔽变频器干扰的原理较为通俗易懂，就是通过技术手段进行变频器干扰的屏蔽和控制。从变频器本身入手，可以利用其机身铁壳来进行信号屏蔽，保障电磁干扰不受泄漏；当使用外部信号控制变频器时，可采用动力电缆与控制电缆分开敷设的方法来有效降低干扰源的相互影响，在施工时要求电缆均采用屏蔽电缆，并可靠接地。

3.3干扰信号过滤

干扰信号过滤简称为滤波，为了防止信号通过各种模式干扰到变频器，在信号传播的过程中进行过滤，可以采取安装滤波器的方式进行设置，同时也可以在输入和输出两侧均安装干扰信号过滤器。一旦线路存在信号敏感设备，除了过滤器过滤谐波干扰以外，还可以利用频率更高的谐波电流进行控制，消耗或者削弱谐波分量。输入信号过滤器通常包含电感线圈以及电容器两大部分，能够吸收频率较高以及控制辐射较好的谐波成分；输出信号过滤器，通常只包含电感线圈，能够有效从输出端进行电流谐波成分的削弱，不仅能够起到良好的抗干扰效果，而且能够讲高次谐波进行转化控制，实现干扰信号过滤的效果。同时，在信号过滤的过程中必须重视以下几个问题：功率变频器和电容器不能直接接触发，防止一旦出现管道变通关闭的瞬间，产生瞬时过大的放电电流，导致功率管的逆向损坏，在输出端的过滤器安装过程中，将过滤器和电动机一侧相连接，实现更好的干扰信号过滤作用。

3.4正确接地保障抗干扰

科学合理的接地能够保障变频器本身抵抗干扰的能力提升，同时也能够降低设备受到干扰后产生后果的严重性。然而在实际的变频器抗干扰工作中，接地不正确不科学导致的干扰问题数量众多，因此在实际工作中需要正确接地，保障其抗干扰能力的提升，具体而言，中线和地线应当严格区分，对于屏蔽器的地线以及主线路之间进行严格区分连接，保证抗干扰系统的稳定性。主回路端时整个变频器的核心环节，因此主回路端的正确科学接地是提升变频器的重要方式之一，在实践中应当加强重视。同时，变频器接地导线内部导线的质量需要保障，通常横截面应当大于3mm2，长度在10m以上18米以下，将其与其他大能耗设备的接地点进行严格区分。经过在检修地点的实地考察之后，如果能够明显发现接地工作中存在不合理的环节，这就说明干扰因素的主要来源就是因为接地体系存在故障和问题。因此就要严格按照接地系统的工作程序和流程，做好接地工作，排除各类错误的操作方式，这样才能够提高变频器的抗干扰能力，也能改善其运行环境。主要的工作举措包含下面两个要点：（1）变频器的主回路端子PE（E、G）必须接地，该接地可以和该变频器所带的电机共地，但不能与其它的设备共地，必须单独打接地桩，且该接地点应该尽量远离弱电设备的接地点。（2）其它机电设备的地线中，保护接地和工作接地应分开单独设接地极，并最后汇入配电柜的电气接地点。控制信号的屏蔽地和主电路导线的屏蔽地也应分开单独设接地极，并最后汇入配电柜的电气接地点。

3.5采用电抗器

在变频器的输入电流中频率较低的谐波成分（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，除可能干扰其它设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因素大为下降。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：（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：a.通过抑制谐波电流，将功率因素提高至（0.75-0.85）；b.削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击；c.削弱电源电压不平衡的影响。（2）直流电抗器：串联在整流桥和滤波电容器之间。这种设备的功能种类较少，主要是针对输入进来的电流进行集中削弱，消减其内部的高频率电流。这种电抗设备还可以提高变频器工作的功率和运转效率，而且设备本身结构较为简单，易于携带。

结束语

变频器是一种复杂技术的统称，通常包含自动控制技术、微电子技术、通讯通信技术以及电子技术的支持，能够利用软启动的方式加强对于设备的保护，减少机械设备可能出现的机械冲击，进而实现设备高效维护的目的。然而，在实际变频器管理中，却常常会发生被多种干扰源干扰的问题，导致变频器无法正常运行，进而影响整体工程的质量和效率。鉴于此，对于变频器应用中抗干扰措施的研究具有鲜明的理论和实践意义。

参考文献:

[1]陈洲.抗变频干扰技术在煤矿安全监控系统中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2017(14):99-101.

[2]茹鑫.洗煤厂变频器干扰的影响及抗干扰措施分析[J].内蒙古煤炭经济,2017(07):41+44.

[3]李弈星.变频器的干扰来源与抑制技术分析[J].技术与市场,2016,23(10):154.

[4]王士兴,张利刚.变频器实际应用中的抗干扰问题[J].化工管理,2016(18):208.