变频器产生的干扰及解决方案.docx

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变频器产生的干扰及解决方案

变频器产生的干扰及解决方案

　　摘 要 ：

变频器具有很多的优越性，但它对电网的谐波干扰和电磁辐射干扰也越来越受到人们的关注，本文主要介绍谐波、电磁辐射的标准和危害及其减弱或消除的方法。

1  引言

    采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而得到越来越多的应用。

但是，由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。

变频器干扰主要有:

一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率用THDv表示，变频器产生谐波引起的THDv在10～40%左右），影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。

2  谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害 

（1） 谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。

（2） 谐波可以通过电网传导到其它的用电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。

（3） 谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。

（4） 谐波或电磁辐射干扰会导致继电保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。

（5） 电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。

一般来讲，变频器对电网容量大的系统影响不十分明显，这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。

但对系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不能忽视。

3  有关谐波的国际及国家标准

    现行的有关标准主要有:

国际标准IEC61000-2-2，IEC61000-2-4，欧洲标准EN61000-3-2，EN61000-3-12，国际电工学会的建议标准IEEE519-1992，中国国家标准GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。

下面分别做简要介绍。

3.1 国际标准 

IEC61000-2-2标准适用于公用电网，IEC61000-2-4标准适用于厂级电网，这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度，它们规定了最大允许的电压畸变率THDv。

    IEC61000-2-2标准规定了电网公共接入点处的各次谐波电压含有的THDv约为8%。

    IEC61000-2-4标准分三级。

第一类对谐波敏感场合（如计算机、实验室等）THDv为5%;第二类针对电网公共接入点和一部分厂内接入点THDv为8%;第三类主要针对厂内接入点THDv为10%。

    以上两个标准还规定了电器设备所允许产生谐波电流的幅值，前者主要针对16A以下，后者主要针对16A到64A。

    IEEE519-1992标准是个建议标准，目标是将单次THDv限制在3%以下，总THDv限制在5%以下。

3.2 国内标准 

GB/T14549-93中规定，公用电网谐波电压（相电压）限值为380V（220V）电网电压总THDv为5%，各次谐波电压含有率奇次为4%，偶次为2%。

由以上标准看来，一般单次电压畸变率在3～6%，总电压畸变率在5～8%的范围内是可以接受的。

4  减少变频器谐波对其它设备影响的方法

4.1 增加交流/直流电抗器

采用交流/直流电抗器后（如图1），进线电流的谐波畸变率大约降低30%～50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。

图1    使用交流/直流电抗器降低THD

4.2 多相脉冲整流

    在条件具备，或者要求产生的谐波限制在比较小的情况下，可以采用多相整流的方法。

12相脉冲整流THDv大约为10%～15%，18相脉冲整流的THDv约为3%～8%，满足EN61000-3-12和IEEE519-1992严格标准的要求。

缺点是需要专用变压器和整流器，不利于设备改造，价格较高。

4.3 无源滤波器

    采用无源滤波器后（如图2），满载时进线中的THDv可降至5%～10%，满足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求，技术成熟，价格适中。

适用于所有负载下的THDv＜30%的情况。

缺点是轻载时功率因数会降低。

图2 使用专用无源滤波器

4.4 输出电抗器

也可以采用在变频器到电动机之间增加交流电抗器的方法（如图3），主要目的是减少变频器的输出在能量传输过程中，线路产生的电磁辐射。

该电抗器必须安装在距离变频器最近的地方，尽量缩短与变频器的引线距离。

如果使用铠装电缆作为变频器与电动机的连线时，可不使用这方法，但要做到电缆的铠在变频器和电动机端可靠接地，而且接地的铠要原样不动接地，不能扭成绳或辨，不能用其它导线延长，变频器侧要接在变频器的地线端子上，再将变频器接地。

图3      使用输出电抗器减少变频器的电磁辐射

5  减少或削弱变频器谐波及电磁辐射对设备干扰的方法

    上面介绍的方法是减少变频器工作时对外设备的影响，但并不是消除了变频器的对外干扰，如果想进一步提高其它设备对变频器谐波和电磁辐射的免疫能力，尤其是在变频器（品牌不同，产生的干扰程度可能不一样）干扰较严重的场合中常用的方法通常有以下几种。

5.1 使用隔离变压器

    使用隔离变压器主要是应对来自于电源的传导干扰（如图4）。

使用具有隔离层的隔离变压器，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

同时还可以兼有电源电压变换的作用。

隔离变压器常用于控制系统中的仪表、PLC，以及其它低压小功率用电设备的抗传导干扰。

图4      使用隔离变压器减低传导干扰

5.2 使用滤波模块或组件

    目前市场中有很多专门用于抗传导干扰的滤波器模块或组件，这些滤波器具有较强的抗干扰能力，同时还具有防止用电器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。

    常用双孔磁芯滤波器的结构见图5所示。

还有单孔磁芯的滤波器，其滤波能力较双孔的弱些，但成本较低。

图5      滤波器的结构

5.3 选用具有开关电源的仪表等低压设备

    一般开关电源的抗电源传导干扰的能力都比较强，因为在开关电源的内部也都采用了如图5结构类似的滤波器。

因此在选用控制系统的电源设备，或者选用控制用电器的时候，尽量采用具有开关电源类型的。

5.4 作好信号线的抗干扰

    对于信号线上的干扰主要是来自空间的电磁辐射，有常态干扰和共模干扰两种。

（1） 常态干扰的抑制   

常态干扰是指叠加在测量信号线上的干扰信号，这种干扰大多是频率较高的交变信号，其来源一般是耦合干扰。

抑制常态干扰的方法有:

·在输入回路接RC滤波器或双T滤波器;

·尽量采用双积分式A/D转换器，由于这种积分器工作的特点，具有一定的消除高频干扰的作用;

·将电压信号转换成电流信号再传输的方式，对于常态的干扰有非常强的抑制作用。

（2） 共模干扰的抑制

    共模干扰是指信号线上共有的干扰信号，一般是由于被测信号的接地端与控制系统的接地端存在一定的电位差所致，这种干扰在两条信号线上的周期、幅值基本相等，所以采用上面的方法无法消除或抑制。

对共模干扰的抑制方法如下:

·采用双差分输入的差动放大器，这种放大器具有很高的共模抑制比。

·把输入线绞合，绞合的双绞线能降低共模干扰，由于改变了导线电磁感应e的方向，从而使其感应互相抵消，如图6所示。

图6 双绞线降低共模干扰

·采用光电隔离的方法，可以消除共模干扰;

·使用屏蔽线时，屏蔽层只一端接地。

因为若两端接地，由于接地电位差在屏蔽层内会流过电流而产生干扰，因此只要一端接地即可防止干扰。

（3） 应注意的事项

    无论是为了抑制常态干扰还是抑制共模干扰，都还应该做到以下几点:

·输入线路要尽量短。

·配线时避免和动力线接近，信号线与动力线分开配线，把信号线放在有屏蔽的金属管内，或者动力线和信号线分开距离要在40cm以上。

·为了避免信号失真，对于较长距离传输的信号要注意阻抗匹配。

5.5 增加软件滤波

    在使用以单片机、DSP等为核心的控制系统中，编制软件的时候，可以适当增加对检测信号和输出控制部分的软件滤波，以增强系统自身的抗干扰能力。

6  结束语

    干扰的分布参数是很复杂的，因此在抗干扰时，应当采用适当的措施，既要考虑效果，又要考虑价格因素，还要视现场情况而定。

采用的措施只要能解决问题即可，往往过多的抗干扰措施有可能会产生额外的干扰，具体情况具体解决。

变频器产生谐波干扰及其防范

来源：

《电气世界》   作者：

电气频道 发布时间：

2007-10-12

   我国《节约能源法》第39条规定：

"将变频调速列入通用节能技术加以推广"。

然而影响变频调速节能产品推广的障碍的原因有：

电网供电电压等级偏高，给变频器中的电力开关器件绝缘带来障碍，变频器自身质量的可靠性欠佳，产品价格偏高。

   变频器自20世纪60年代问世到80年代的推广应用，也推动我国变频调速技术的飞速发展，生产厂家不断增多，高压变频器市场即将启动，这将有力促使变频器自身质量的提高和产品价格的逐步下浮。

与此同时，随着改革开放的深化和我国加入wto，以及人们对节能环保意识的增强，许多工矿企业将走出低谷逐步回升，迫使企业对设备进行节能改造，从而造就变频器在众多领域推广应用的美好前景。

   1 变频调速的优越性

   随着电力电子技术、计算机和控制技术的迅速发展，使变频调速这一先进的节能技术得以在众多领域推广应用。

变频器应用于各行各业，既能提高设备的效率，满足生产工艺的需求，又能获得显著的节能降耗效果，并有如下的优越性：

   1．1 电力拖动系统故障率低

   目前用于电力拖动系统的电动机主要是异步电动机，它是典型的常规交流电动机，自从现代交流调速系统发明以来，对异步电动机拖动技术进行广泛研究，并取得长足的进步。

对于可调速度的拖动系统采用变频器，即可在不更换原电动机条件下连续调速，以选择最佳速度。

由于异步电动机结构简单，其转子回路内电流不必从外部接人，故出现故障的概率极低。

变频调速还可应用于有易燃、易爆性气体的场合，这是其他电动机调速所无可匹敌的。

   1．2 工作特性优越

   实现三相异步电动机的变频调速，是发明异步电动机近百年以来人们翘首以待的"世纪之梦"，迄今为止人们对它倾注极大热情，通过不懈努力、提高和完善，其调速的工作特性等诸多方面毫不逊色，即与直流调速系统相比，某些方面还超过直流调速。

由于频率身是数字量，即可实现在不需要外部反馈的情况下，即能得到很硬的机械特性，而且调速精度高、平滑、性能稳定、维护简单，易于实现生产过程的自动控制。

   1．3 变频器可实现软起动

   一般异步电动机全压起动的起动电流为额定电流的5-7倍。

而采用变频器可实现软起动，其起动电流不超过额定电流的1．5倍，而且起动平稳无冲击。

对其配套的电气、机械设备的冲击力小，能显著延长电控元件及电动机的寿命。

   1.4 低转下转矩恒定

   变频调速拖动系统，在低速时有转矩提升功能，确保低速恒转矩输出。

在电动机最高转速，即最大工作能力时不受电源频率影响。

   1．5 延长设备使用寿命

   变频调速技术在风机、泵类负载中应用，节能效果更为显著，不仅可根据负载运行要求调节转速，而且减少机械和风的噪声，延长风机和水泵的使用寿命。

   1．6 软起动下转矩平滑

   变频器应用于输送机，在负载要求平滑加速、减速时，具有性能良好的软起动效果。

尤是在重负载起动时，可提升输出转矩，这是普通起动器所无法起到的效果。

   1．7 起停冲击小

   变频器应用于一般生产机械设备，其起动、停止、空载低速或高速，均不会产生冲击以，从而可延长设备使用寿命。

此外，变频器的应用有利于实现生产的自动化，对提高产品质量的合格率和生产效率起到促进作用。

   2 变频器使用中的谐波干扰

   在各行各业的众多用电设备中，电动机是最多的用电设备，其耗电量约占全部用电量的50％以上，对电力拖动系统，除改进设备设计，优化系统的配置外，还应大力推广应用变频调速技术进行节能改造，这将具有深远的经济效益社会效益。

   但变频器是非线性设备，也是谐波源，在使用过程中谐波干扰依然存在，会对弱电系统的热工仪表产生干扰尤为明显。

   某供热厂的风机采用变频器改造后，节能效果十分显著，但在运行中会产生谐波对另一台热工仪表显示值造成干扰，使仪表显示值出现很大偏差。

当1号风机变频器投运时，2号炉的蒸汽流量、水位、压力等的显示值出现最大指示值。

当1号变频器停止运行，2号炉的蒸汽流量、水位、压力值均为零。

这种现象是由于变频器运行过程中产生的谐波所致，并对弱电系统的热工仪表显示值产生影响。

为此，对变频器运行中产生的谐波干扰不可忽视，应采取必要措施加以防范。

   3 防止谐波对弱电系统干扰的措施

   在变频器安装使用中，一定按产品说明书要求执行，运行过程要特别注意维护，编制日常及定期的维护规程，做到有章可循。

运行值班人员必须做到每班巡视视察，是否有振动、气味，或电流电压指示是否异常。

夏天更要保持散热器干净，吹扫灰尘，以免变频器过热。

   在采取防止谐波干扰措施时，一定要地制宜根据具体情况而采取相应的防范措施。

该厂风机变频器采用远程监控方式，控制线较长，在布线上与仪表二次线同在桥架里布线，而且控制线与弱电热工仪表二次线存在平行走径，长度达百米以上，两线相对距离很小，因而造成的干扰较大。

针对这种具体情况而采取的防范措施是：

（1）将变频器控制线与热工仪表的二次线采用屏蔽线，在桥架中两导线的平行部分用铁皮隔板隔开，屏蔽线的屏蔽层应做良好的接地，接地线与接地体的连接应牢固可靠。

（2）可在热工仪表的二次线末端串接一个小电容器，可起到将高频干扰信号旁路掉。

电容器的一端接仪表二次线，另一端也要做良好的接地。

   （3）在变频器柜电源进线端的电缆套上1．5～2m的金属蛇皮管，并要做好蛇皮管外壳的良好接地，这也是防止变频器运行过程产生谐波干扰的措施。

   （4）传感器的连接线不宜过长，切勿将过长的连接线部分盘成圈状放在变频器柜内。

传感器连接线尽量缩短也是可以防止高次谐波产生对弱电系统仪表的干扰。

   （5）变频器在安装使用中，一定要按产品说明书要求执行，必要时应进行技术咨询，避免造成不必要的干扰而影响正常生产。

变频器干扰案例问题分析及其处理

文章来源：

中达电通公司成都机电业务处袁贤才点击数：

363更新时间：

2007-5-13【字体：

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1 引言

    交流感应异步电动机变频器调速是20世纪电气传动领域划时代的技术进步。

随着变频器的广泛应用，变频器日益成为工厂自动化领域最大的电磁污染源。

可以经常的看到在一间设备密集型工厂装机几十台上百台变频器。

变频器直—交逆变器的非线性等效负荷使得变频器在许多系统集成工程中不仅污染工厂供电系统，还直接对自动化工程项目干扰，引起测控系统失准失灵，严重破坏大系统的稳定性，甚至变频器自身受到干扰引发“自举”式的调速故障。

尽管国际标准对电气设备EMC（IEC61000系列电磁兼容设计）有严格的规范，并且中国国家质量技术监督局已决定在国内“等同”采用，同时，中国国家标准电能质量公用电网谐波GB/T 14549-93已经生效14年之久，但是国家经济技术的飞速发展使得功率电子开关器件的污染控制已经刻不容缓。

    本文作者来自自动化集成工程一线。

在近年的客服中经常遇到变频器的干扰问题,造成设备误动作,使得工厂的生产线不能运行,而且这一类问题的原因查找起来也比较困难,经过查阅有关资料,再结合工作中处理问题的一些经验来具体谈一下变频器干扰的来源,传播方式以及一些针对实际应用中遇到干扰问题的不同情况的处理，希望不同于教科书的教条说教。

2 变频器干扰分析

    变频器的干扰问题一般分为变频器自身干扰；外界设备产生的电磁波对变频器干扰；变频器对其它弱电设备干扰3类情况。

  变频器本身就是一个干扰源,众所周知, 变频器由主回路和控制回路两大部分组成，变频器主回路主要由整流电路，逆变电路，控制电路组成，其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成,电力、电子器件具有非线性特性，当变频器运行时，它要进行快速开关动作，因而产生高次谐波，这样变频器输出波形除基波外还含有大量高次谐波。

无论是哪一种干扰类型，高次谐波是变频器产生干扰的主要原因。

，变频器本身就是谐波干扰源，所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响。

与主回路相比，变频器的控制回路却是小能量、弱信号回路，极易遭受其它装置产生的干扰。

因此，变频器在安装使用时，必须对控制回路采取抗干扰措施。

3变频器干扰案例问题分析及其处理

3.1 怎样来判定变频器出现干扰问题

    变频器的干扰问题主要体现在电机的运行情况上。

例如电机在运行过程中突然挺停机,电机运行时快时慢,运行速度不稳定.电机停不下来,按钮不起任何作用等等,这些都是变频器受到干扰情况的体现。

3.2 第三种方式接地

    干扰问题的一般处理方法是要保证良好的接地,接地端子的一般要求为:

接地端子以“第三种方式”接地（单独接地）, 接地线愈短愈好, 而且必须接地良好; 控制回路线使用屏蔽线，而且屏蔽线远端屏蔽层悬空，近端接地; 根据产品要求, 合理布线, 强电和弱电分离, 保持一定距离, 避免变频器动力线与信号线平行布线, 应分散布线; 增加抗无线干扰滤波器，变频器输入和输出抗干扰滤波器或电抗器; 采取防止电磁感应的屏蔽措施，甚至可将变频器用金属铁箱屏蔽起来; 适当降低载波频率; 若用通讯功能，RS485通讯线用双绞线。

下面,我将以在实际使用中针对不同的干扰情况做具体分析.

3.3 三相五线制供电

    曾经遇到过这样一种情况,变频器一直运转,按停止按钮不起作用,经检查发现变频器的地线只与变压器的中性线相连接,而变压器的中性线没有连接到大地,将变压器的中性线接地后变频器恢复正常.现在的很多小型工厂里面一般不重视地线的连接. 机床出厂时，按照国家电工法规定的标准,地线与中性线是严格分开的，配电柜里中性线有专用接线端子，地线有专用接地螺钉。

由于该用户从变压器过来三根相线和一根中性线，只把中性线接到“N”端子上，而地线没有和中性线相连，虽说控制线使用了屏蔽线，屏蔽层也接到了接地螺钉，但没有和大地相连, 起不到屏蔽作用，导致了变频器因干扰失控电机停不下来。

把配电柜里中性线和地线连接后即恢复正常，也可以把配电柜里地线直接接到大地。

许多用户都是采取把地线与中性线相连的办法，但是采用这种办法存在弊端，就是假如中性线断开, 启动机床某一动作, 可能使机床带电, 对人身造成安全危胁。

这种干扰属于变频器本身干扰类型。

3.4外界设备对变频器的干扰案例

（1）现象。

电机偶尔停不下来，经检查屏蔽层接地正确良好，降低载波频率不起作用。

变频器输入侧及输出侧加磁环滤波器不起作用。

（2）分析。

安装变频器的配电柜与动力配电室相距太近,配电室配电柜有大电流流过，在电流周围有较强磁场，干扰了变频器正常工作，把配电柜远离配电室后即恢复正常，这属于外界设备对变频器干扰。

3.5变频器对外界设备的干扰案例

（1）现象。

起动变频器后，电机不动作。

（2）分析。

变频器由外部4-20ma给定运转频率,4-20MA的直流信号由变送器送入,看显示板,频率显示为0.00。

用电流表量测量变送器的输出端,发现无输出。

在变送器的输出端子并上一102电容后,再启动,设备恢复正常，说明信号源受到干扰。

在工程实践中一个简单的信号线并联电容解决了大问题是经常有效的实用方法。

这属于变频器对外部设备的干扰。

4 结束语

    随着工业自动化的快速发展,变频器的使用也越来越普遍,变频器的干扰问题也将会遇到很多,许多终端用户在遇到这一问题的时候往往不知道如何解决,希望本文能给他们提供一些帮助。