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[摘 要]谐波和电磁辐射对电网机器系统会产生一定程度危害，本文从变频调速系统的主要电磁干扰源和电磁干扰途径分析出发，探讨较少和削弱变频器谐波及电磁辐射对设备干扰的相关方法。
[关键词]变频器 电磁干扰 谐波
中图分类号：TN02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0114-01
谐波使电网中的电器元件产生附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。谐波可以通过电网传导至其他的用电器，影响电器设备的正常运行。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。谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护设置的误动作，使电器仪表计量不准确，甚至无法正常工作。电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号和检测信号等弱电信号受干扰，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。
1、变频调速系统的主要电磁干扰源及途径
1.1 电磁干扰源
电磁干扰也称电磁骚扰（EMI），是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常通过电路传导和以场的形式传播。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，会产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源（如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等），这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加处理，电网噪声会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电，浪涌、跌落、尖峰电压脉冲，射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。
1.2 电磁干扰的途径
变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分空间辐射干扰（即电磁辐射干扰）、耦合干扰、电源干扰。具体为电气设备、电子设备的高密度使用，使空间电磁波污染越来越严重。这些干扰源产生的辐射波频率范围广且无规律。空间辐射干扰以电磁感应的方式通过检测系统的壳体、导线等形成接收电路，造成对系统的干扰。静电耦合干扰是指电路之间的寄生电容使系统内某一电路信号的变化影响其他电路，形成静电耦合干扰，只要电路中有尖峰信号和脉冲信号等频率高的信号存在，就有静电耦合干扰存在。传导耦合干扰即系统的信号在传输过程中容易出现延时、变形并接收干扰信号，形成传导耦合干扰，对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加，并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备；变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。变频系统一般由工业用电网络供电。工业系统中的某些大设备的起动、停机等，可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰。这些电压噪声均会通过电源内阻耦合到变频系统的电路，给系统造成极大的危害。
2、减少或削弱变频器谐波及电磁辐射对设备干扰的方法
2.1 使用隔离变压器
主要是应对来自于电源的传导干扰。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隔离在隔离变压器之前。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以及其他低压小功率用电设备的抗传导干扰。
2.2 使用滤波模块或组件
目前，市场中有很多专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。常用有双孔磁芯滤波器，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。
2.3 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与双孔磁芯滤波器结构类似的滤波器。因此，在選用控制系统的电源设备或者选用控制用电器时，应尽量采用具有开关电源类型的。
2.4 作好信号线的抗干扰
信号线承担着检测信号和控制信号的传输任务，毋庸质疑。信号传输的质量直接影响到整个控制系统的准确性、稳定性和可靠性，因此做好信号线的抗干扰是十分必要的。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。
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，来源一般是耦合干扰。抑制方法有：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。这种积分器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。
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造成的。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。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。
2.5 接地干扰
接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。在使用以单片机、PLC和计算机等为核心的控制系统中，编制软件时可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。
3、结语
干扰的分布参数是很复杂的，因此在抗干扰时应采用适当的措施，既要考虑效果，又要考虑价格因素，还要视现场情况而定。通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿解决。
参考文献
[1] 刘瑞敏.浅析变频器的作用及工作原理[J].山东工业技术，2018（04）：172+178.
[2] 倪忠英.变频器驱动异步电机振动的频谱特征[J/OL].电子技术与软件工程，2018（04）：89[2018-03-09].
[关键词]变频器 电磁干扰 谐波
中图分类号：TN02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0114-01
谐波使电网中的电器元件产生附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。谐波可以通过电网传导至其他的用电器，影响电器设备的正常运行。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。谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护设置的误动作，使电器仪表计量不准确，甚至无法正常工作。电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号和检测信号等弱电信号受干扰，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。
1、变频调速系统的主要电磁干扰源及途径
1.1 电磁干扰源
电磁干扰也称电磁骚扰（EMI），是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常通过电路传导和以场的形式传播。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，会产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源（如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等），这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加处理，电网噪声会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电，浪涌、跌落、尖峰电压脉冲，射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。
1.2 电磁干扰的途径
变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分空间辐射干扰（即电磁辐射干扰）、耦合干扰、电源干扰。具体为电气设备、电子设备的高密度使用，使空间电磁波污染越来越严重。这些干扰源产生的辐射波频率范围广且无规律。空间辐射干扰以电磁感应的方式通过检测系统的壳体、导线等形成接收电路，造成对系统的干扰。静电耦合干扰是指电路之间的寄生电容使系统内某一电路信号的变化影响其他电路，形成静电耦合干扰，只要电路中有尖峰信号和脉冲信号等频率高的信号存在，就有静电耦合干扰存在。传导耦合干扰即系统的信号在传输过程中容易出现延时、变形并接收干扰信号，形成传导耦合干扰，对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加，并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备；变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。变频系统一般由工业用电网络供电。工业系统中的某些大设备的起动、停机等，可能引起电源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰。这些电压噪声均会通过电源内阻耦合到变频系统的电路，给系统造成极大的危害。
2、减少或削弱变频器谐波及电磁辐射对设备干扰的方法
2.1 使用隔离变压器
主要是应对来自于电源的传导干扰。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隔离在隔离变压器之前。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以及其他低压小功率用电设备的抗传导干扰。
2.2 使用滤波模块或组件
目前，市场中有很多专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。常用有双孔磁芯滤波器，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。
2.3 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与双孔磁芯滤波器结构类似的滤波器。因此，在選用控制系统的电源设备或者选用控制用电器时，应尽量采用具有开关电源类型的。
2.4 作好信号线的抗干扰
信号线承担着检测信号和控制信号的传输任务，毋庸质疑。信号传输的质量直接影响到整个控制系统的准确性、稳定性和可靠性，因此做好信号线的抗干扰是十分必要的。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。
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，来源一般是耦合干扰。抑制方法有：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。这种积分器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。
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造成的。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。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。
2.5 接地干扰
接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。在使用以单片机、PLC和计算机等为核心的控制系统中，编制软件时可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。
3、结语
干扰的分布参数是很复杂的，因此在抗干扰时应采用适当的措施，既要考虑效果，又要考虑价格因素，还要视现场情况而定。通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿解决。
参考文献
[1] 刘瑞敏.浅析变频器的作用及工作原理[J].山东工业技术，2018（04）：172+178.
[2] 倪忠英.变频器驱动异步电机振动的频谱特征[J/OL].电子技术与软件工程，2018（04）：89[2018-03-09].