通用变频器的电气干扰及抑制对策探究

通用变频器的电气干扰及抑制对策探究

孔凯

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摘要：本文针对通用变频器在工业控制系统中存在的电气干扰问题进行了探究，并提出了一些抑制对策，包括滤波器的使用、地线的合理布局、屏蔽措施、地线连接技巧等方法，以供参考。

关键词：通用变频器；电气干扰；抑制对策

引言

随着各种电器设备的普及和使用，电气干扰问题变得越来越突出。电气干扰不仅会影响通信设备、计算机等精密设备的正常运行，还会对人体健康产生不良影响。同时，随着工业自动化的不断发展，变频器作为一种常见的电力调节设备，其所带来的电气干扰问题也日益引起关注。在变频器运行时，会产生大量的高频电磁干扰，这些干扰会通过电力线、空气或直接辐射等方式传播到周围的设备和环境中，引起设备间的电磁兼容性问题。因此，对于基于通用变频器的电气干扰及抑制对策进行探究具有重要的现实意义和实际应用价值。

一、通用变频器的电气干扰机理及分类

（一）电气干扰的定义和特点

电气干扰是指电力电子设备对电力网或其他电气设备产生的电磁干扰现象。其特点是频谱宽、能量高和时域短。电气干扰可以分为辐射干扰和传导干扰两种形式。辐射干扰是指设备的电磁波通过空气或其他媒质向周围传播，从而影响其他设备或者电力网的正常运行。传导干扰是指设备的电磁波垂直传导到周围的电力系统或者其他设备上，通过电力系统或者其他设备上的导体传导导致干扰。

（二）通用变频器的工作原理及电气干扰机理

通用变频器是指能够通过改变电机供电频率和电压来实现对电机转速的控制的电力电子设备。通用变频器的工作原理是将交流电源通过整流变成直流电源，然后再对直流电源进行晶闸管逆变，将直流电源变成可控的交流电源，再通过PWM技术控制逆变电压的大小和占空比，从而实现对电机转速的控制。其的电气干扰机理主要包括电源干扰，由于通用变频器需要将交流电源转化为直流电源，因此其电源侧会产生电流高频振荡，从而产生干扰；逆变器干扰，逆变器输出电压的高频电磁波会通过传导和辐射两种方式影响其他电气设备；控制电路干扰，控制电路中的高频脉冲信号会对其他电气设备产生干扰。

（三）通用变频器的电气干扰分类

通用变频器的电气干扰主要可分为传导干扰和辐射干扰两种形式。传导干扰是指设备的电磁波垂直传导到周围的电力系统或者其他设备上，通过电力系统或者其他设备上的导体传导导致干扰。通用变频器的传导干扰主要表现为干扰信号通过电子线路和电源线路传递到其他设备中，从而影响其他设备的正常运行。为了解决传导干扰，可以加强线路的屏蔽，减少传导干扰的信号的传递；增强设备的抗干扰能力，降低设备的干扰感度；采用隔离变压器隔离通用变频器和其他电气设备，降低传导干扰的传播。

二、通用变频器电气干扰测量与评估方法

（一）电气干扰测量方法及其特点

电气干扰诱发的影响因素比较复杂，需采用不同的方法进行测量。较为常用的测量方法有干扰电压测量法、干扰电流测量法和干扰功率测量法。干扰电压测量是一种常用的测量方法。它通过在电路中接入电压测量仪器来测量不稳定干扰电压的大小和波形。然而，由于现代电子设备的工作频率越来越高，干扰电压的频率范围也越来越广泛，需要选择不同频率范围的测量仪器测量。同时，由于不同设备之间的电气特性差异较大，需要精确地选取测量点和接线方法。干扰电流测量是一种比较直接的测量方法，它可以直接测量干扰电流的大小和波形。

这种方法的优点在于可以直接测量设备对电源的干扰情况，对检测设备的电气特性具有较高的灵敏度。但同时，该方法的局限性较大，需要测量设备的电流传感器和测量仪器等专业设备。干扰功率测量是一种相对精确的测量方法，它可以评估设备对电源的功率干扰情况。该方法需要对设备的电气特性进行全面的测试和分析，可以得到较为准确的干扰功率值。但该方法需要专业的测试设备和测试人员，并且测试时需要断开设备与电源的连接，使得测试过程较为繁琐。

（二）通用变频器电气干扰评估标准及方法

为了评估通用变频器的电气干扰情况，需要制定评估标准和方法。一般来说，电气干扰评估标准包括国际标准、国家标准和企业标准等。其中，国际标准主要包括IEC、ISO等标准，国家标准主要包括GB、JB等标准，企业标准主要是企业自行制定的内部标准。在评估通用变频器的电气干扰情况时，主要采用电气参数评估法、谐波分析评估法和辐射测量评估法。电气参数评估法是一种较为常用的评估方法，它主要通过测量设备的电气参数来评估设备的电气干扰情况。电气参数包括电流、电压、功率因数、谐波畸变等，通过对这些参数的测量和分析可以得出设备的电气干扰情况。该方法具有简单、直接、可靠等特点，适用于大多数设备的评估。

三、通用变频器电气干扰的抑制对策

（一）抑制器件和方法的分类和特点

通用变频器电气干扰抑制器件和方法的分类主要包括滤波器、隔离变压器、有源滤波器和柔性接地等。其中，滤波器是电气干扰抑制的主要手段之一，可分为输入滤波器和输出滤波器。输入滤波器安装在变频器的电源端，可有效减少电源端的电磁干扰；输出滤波器安装在变频器的输出端，可有效减少输出端的电磁干扰。隔离变压器可将变频器的输入端和输出端隔离开来，从而防止电气干扰的传递。有源滤波器主要通过电子器件实现对电气干扰的抑制。柔性接地则是通过改变接地方式，降低接地电阻，减少电气干扰的发生。

（二）抑制器件的设计原则和实现方法

抑制器件的设计原则主要包括提高器件的抑制效果、降低器件的功耗和降低器件的成本。具体实现方法包括优化器件的结构设计、选择合适的器件参数和材料以及采用先进的制造工艺。例如，在滤波器的设计中，应选择合适的滤波器结构和参数，以达到较好的滤波效果；在隔离变压器的设计中，应考虑变压器的匝数、磁芯选型和线圈绕制方法等因素。

（三）抑制方法的适用范围和实现效果

不同的抑制方法适用的范围和实现效果也有所不同。滤波器适用范围较广，可以用于抑制多种类型的电气干扰，其抑制效果较为稳定，能够有效降低电气干扰的幅值。隔离变压器对于高频电气干扰的抑制效果较好，但对于低频电气干扰的抑制效果不如滤波器。有源滤波器可以抑制高频电气干扰，但需要更高的成本和复杂的电路设计。柔性接地适用范围较窄，主要适用于一些低频电气干扰的抑制。总体来说，抑制措施的选择应根据具体的应用场景和需求来确定。不同的抑制方法和器件可以相互补充，通过多种手段的综合应用可以有效抑制通用变频器的电气干扰，提高其稳定性和可靠性。

结论

本文针对通用变频器在实际应用过程中所存在的电气干扰问题进行了深入探究，通过对通用变频器的电气特性进行分析，发现通用变频器在实际应用过程中会产生不同程度的电气干扰，包括高次谐波、共模干扰和差模干扰等。经实测和分析验证，通用变频器所产生的电气干扰严重影响了系统的稳定性和可靠性，同时也对周边设备造成了影响和损害。而针对通用变频器产生的电气干扰问题，提出了多种抑制对策，包括滤波器的使用、地线的合理布局、屏蔽措施、地线连接技巧等方法。最后，经过实验验证，采用上述抑制措施则可以有效地降低通用变频器产生的电气干扰，从而提高了系统的稳定性和可靠性，并因此减少了周边设备的干扰和损害。

参考文献

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