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常青树 | 当前状态：在线
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0 引言
电磁干扰（EMI）是电气设备在使用过程中必然发生的现象，干扰的结果将导致电气设备和电气控制设备无法正常工作甚至停机、损坏，例如谐波会使变压器的铜损、铁损增加，使电动机发热，检测装置检测的结果不准确等，一些电气设备既是干扰源又是干扰接受者，如变频器。因此"电气设备在电磁环境中能具有良好的工作能力，且它本身不能产生在此环境中工作的装置所不能接受的电磁干扰"[1]。这就是电磁兼容性技术即EMC（Electromagnetic compatibility）。电气设备作为干扰源它所产生的干扰不能太大，以免影响到接受器的功能，作为接受器又能抵抗干扰，从这个意义上讲它比" 抗干扰技术" 具有更广泛的意义。
变频器是变频技术在电力拖动中的具体应用，变频器集强电、弱电、微电脑、通信、整流、逆变于一体，广泛应用于工业生产控制中。在工业环境中工作的大功率变频设备，它既受到电网的谐波干扰，使变频器输入侧的整流电路有可能受到损害，导致输入回路击穿而烧毁[2]；还受到空间电磁干扰，使逆变装置的控制电脑不能正常工作，同时它又产生大量谐波污染电网，产生电磁干扰影响着其他控制设备和它自身的控制核心。因此变频器在使用中存在EMC 技术的两个方面，即干扰和被干扰。所以，变频器的EMC技术是变频器系统设计、安装中十分重要的内容。
1 变频器的干扰源与干扰传播方式
１.1 变频器的干扰源
变频器的干扰源来自两个方面：一是外界干扰；另一个是变频器自身产生的干扰。
外界干扰源主要有两大类：一是电源干扰；二是外界电磁干扰。
电源干扰由于现代电源设备大量使用整流、逆变等非线性单元，使电网中存在大量的谐波分量，这样带有谐波分量的畸变电源供给变频器；另一方面，大负荷设备的启动与停止，电焊设备的工作，电力补偿电容的投入与切出等，会使变频器承受过压、欠压、瞬间掉电，浪涌、跌落，尖峰电压脉冲，射频干扰等。
电磁干扰由于导线之间、导线与地之间存在着电容，导线本身存在着电感，因此变频器自身势必产生电磁波，另外电台以及通信发射的电磁波，以及用电设备发出的电磁波都会影响变频器的控制系统。
变频器本身也是干扰源变频器由整流与逆变两部分组成，整流部分产生的谐波污染电网，变频器的逆变桥采用SPWM调制技术，其输出的交流电流中含有大量的谐波电流，对电动机产生影响，逆变桥的双向开关控制信号的载波频率很高，在进行切换时产生大量的电磁辐射噪声，干扰系统内部的电子电力设备和向外界辐射。
1.2 干扰的传播途径
从干扰源到干扰接受器的途径有三个：传导、耦合与辐射。
耦合传播包括静电耦合、电磁耦合、阻抗耦合。
静电耦合当两根导线平行地放置在一定距离时，该两根导线之间的电容就构成电容性耦合，其作用相当于一根导线在另一根导线的静电场中，必然受到这个电场的影响。它是电压干扰信号的主要方式。
电磁耦合由于载流导线周围产生磁场，这些磁场耦合到周围导线产生干扰，它是电流干扰的主要形式。
阻抗耦合电路各部分公共导线电阻、公共接地电阻和电源内阻压降，相互耦合形成干扰。
传导与耦合干扰相比，其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是：电源中的谐波通过导线传给变频器，变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络，并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。
空中辐射以电磁波的形式向空间辐射，形成干扰源[2,3]。
2 变频器干扰的抑制与防护
通过对干扰的产生与传播的分析，就可以采取相应的措施对干扰进行抑制和防护，干扰的抑制是指变频器减少它作为干扰源而产生的干扰；干扰的防护是指变频器作为干扰的接受器，减少受干扰的措施。在工业环境中，装置必须具有很高的抗干扰性，而对干扰辐射没有很高的要求，因为抗干扰措施比减少干扰辐射容易实现，经济上也更省[1]。变频器的干扰与抑制有时没有绝对的界线，互相是关联的。其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
2.1 干扰的抑制
利用进线电抗器来抑制高频谐波抑制辐射的办法是：在进线端接无线电干扰抑制滤波器，电机的电缆采用屏蔽电缆，并且屏蔽层一端接电机外壳，另一端接柜子，如图1 所示。
1）即使是在电机和变频器之间安装了正弦波滤波器或dv/dt 滤波器，也须有无线电干扰抑制滤波器。是否须安装附加滤波器给用户，取决于所使用的控制方式及柜子的布线。
噪声抑制滤波器通常应靠近干扰源。滤波器必须通过一个大表面积连接到柜壳、安装板等。最好是裸露金属安装板(如用不锈钢或镀锌板制造)，这样使电气接触是通过全体安装板形成的，如果安装板是涂漆的，那么变频器和噪声抑制滤波器安装点的油漆应去掉，以确保很好的电气接触。无线电干扰抑制滤波器的进/出电缆在空间上要隔离。
2）为了限制噪声发射，所有调速电动机要使用屏蔽电缆进行连接，屏蔽层在低感应情况下两端应接到各自的外壳(通过最大可能表面积)。电机馈电电缆在柜内应被屏蔽或最好用接地隔板进行屏蔽。采用有铜质的屏蔽层的电机馈电电缆, 用钢屏蔽的电缆不合适。具有屏蔽连接的合适的PG衬垫可用于电机到屏蔽层的连接。它也能保证电机端子盒和电机外壳间有一个低阻抗的连接。如果需要，使用附加的接地导体。不能使用塑料的电机端子盒，如图2 所示。
3)进线电抗器应装在无线电干扰抑制滤波器和变频器装置之间。
4）进线电缆与电机馈电电缆在空间上应隔离，例如使用接地隔板。
5）电机与变频器间的屏蔽层不能由于装设诸如输出电抗器、正弦滤波器、dv/dt 滤波器、熔断器、接触器等元件而中断。元件都应安装在一个公共底板上，它的作用相当于电机进出电缆屏蔽层的连接，接地隔板可能是元件屏蔽所必须的。
6）为了限制无线电干扰，不仅电源电缆、所有从外部连接到柜子的电缆都必须屏蔽。
2.2 干扰的防护[2]
1)所有柜子金属部分必须通过最大可能表面积进行连接(不是油漆与油漆上) ，如果有必要，可用抓垫。柜门必须通过尽可能短的接地链与柜子相连接。安装接地是生产机械一项根本的保护措施。但是，在传动系统情况下，它将影响噪声发射和抗扰度。一个系统或者采用星形方法接地或每个元件单独接时，以避免共阻抗耦合干扰。在传动系统中，应优先采用后一种接地系统，即所安装的所有部件，应通过它们的表面或在一个网格结构中进行接地。
2）信号电缆和动力电缆必须分开敷设(为了消除耦合噪声)，最小间隔20 cm。在动力电缆和信号电缆间设置隔板，隔板沿其长度上必须有几个接地点。
3）接触器、继电器、电磁铁、电磁操作时间继电器等在柜中必须使用抑制元件，如RC，二极管，压敏电阻。这些抑制元件必须直接并接至线圈上。
4）在同一电路中(出口和入口导体)的非屏蔽电缆必须绞接，或使出口和入口导体间的表面尽可能小，以防止不必要的耦合作用。
5）尽量减小电缆长度以降低耦合电容和耦合电感。
6）将备用电缆/导体两端接地以获得附加的屏蔽效果。
7）在一般情况下，线路电缆靠近接地的柜子安装板可能减小耦合噪声。因此，导线应敷设得尽量靠近柜子外壳和安装板而不能随意通过柜子。对备用电缆/导体也同样如此。如图3所示。
8）测速机、编码器或解算装置必须通过屏蔽电缆进行连接。它们的屏蔽层必须通过一个大的表面积接到变频器的屏蔽层上，屏蔽层不能中断。
9）数字信号电缆的屏蔽层通过最大可能表面积使其两端接地(发送器和接受器)，如果在屏蔽连接之间缺乏等电位的_____连接，为了减少屏蔽电流，应与屏蔽层并联一个最小截面为10 mm2的附加等电位连接导体。在一般情况下，屏蔽层应在几处接地(柜壳)。屏蔽层接地点可有数处，甚至在柜子外侧也应如此。金属箔屏蔽层不予使用。
1０）模拟信号电缆的屏蔽层在具有很好等电位连接情况下，应两端接地。应遵循前述1）中的原则，则可获得很好的等电位连接。如在模拟电缆中有低频噪声源，例如，由于均衡电流而导致速度测量值的波动(交流噪声)，屏蔽层应仅接到变频器的模拟信号一个端。屏蔽层其他的一端通过一个电容接地。无论如何，屏蔽层两端仍应接地，对高频来讲，其效果如同电容器。
11）如果可能，信号电缆仅由一侧进入柜中。
12）如果变频器由外部24 V操作。这个电源不能供电给几个分别安装在不同柜中的装置，每一台变频器都应有它自己的电源。
13）防止通过电源耦合而产生噪声。变频器和自动化装置/控制电子设备应连接到不同的电网上。如果仅有一个公共电网，则自动化装置/控制电子设备应使用隔离变压器而与电源去耦。
14）许多生产机械的传动，如造纸机、轧钢机等，有许多传动点，这些传动点由不同的电机拖动，每一个电机由一个变频器控制，只有这些传动点同步运行，这些机械设备才能正常工作，因此这些变频器之间必须有信号连接，如速度链、负荷分配等，又由于这些变频器安装在同一个控制室中，它们之间一定有相互干扰。所以它们要分别装在不同的柜子中，柜体即各个控制单元的统一地之间要实现等电位连接，也就是用一根扁铜排以最大面积的连接。另一方面，整个控制系统采用PLC 或PC 总线控制，这些控制线要和电源线分开走，相遇时，要作垂直处理。
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