变频器应用中干扰分析论文

关键词： 干扰 变频器 应用 对策

摘要：变频器谐波干扰问题越来越影响我们自动化生产过程，为此我们需分析变频器谐波成分产生的原因，了解其危害，了解其谐波传播途径从而根据传播特性制定出抑制变频器谐波方法，进而保证现代化工业生产顺利进行。下面是小编为大家整理的《变频器应用中干扰分析论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

变频器应用中干扰分析论文 篇1：

变频器应用中的干扰问题及其对策

【摘 要】文中主要介招了变频器的干扰的形成、来源、途径，以及防止干扰的对策及其在实际应用中几种有效的抗干扰措施。

【关键词】变频器；电磁干扰；抗干扰

在各种工业控制系统中，随着变频器等电力电子装置的广泛使用，系统的电磁干扰（emi）日益严重，相应的抗干扰设计技术（即电磁兼容eme）已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏，有时虽不能损坏系统的硬件，但常使微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成设备和生产事故。

1.变频器干扰的来源

首先是来自外部电网的干扰。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，从而对电网中其它设备产生危害的干扰。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，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有（1）过压、欠压、瞬时掉电（2）浪涌、跌落（3）尖峰电压脉冲（4）射频干扰。

1.1晶闸管换流设备对变频器的干扰。当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时，由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通，容易使网络电压出现凹口，波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害，从而导致输入回路击穿而烧毁。

1.2电力补偿电容对变频器的干扰。电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求，为此，许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。

其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、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，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。

变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。

（1）输入电流的波形变频器的输入侧是二极管整流和电容滤波电路。显然只有电源的线电压u1大于电容器两端的直流电压ud时，整流桥中才有充电电流。因此，充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式。它具有很强的高次谐波成分。有关资料表明，输入电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的，分别是50Hz基波的80%和70%。

（2）输出电压与电流的波形绝大多数变频器的逆变橋都采用sp-wm调制方式，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形式形波；由于电动机定子绕组的电感性质，定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的。

2.干扰信号的传播方式

变频器能产生功率较大的谐波，由于功率较大，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分传导（即电路耦合）、电磁辐射、感应耦合。具体为：首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电机铁耗和铜耗增加；并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其它设备；最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。

3.变频调速系统的抗干扰对策

据电磁性的基本原理，形成电磁干扰（emi）须具备三要素：电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

3.1所谓干扰的隔离，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

3.2在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源从电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器；为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。在变频器的输入和输出电路中，除了上述较低的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位置的不同，可分为：

（1）输入滤波器通常又有两种：

a、线路滤波器主要由电感线圈构成。它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。

b、辐射滤波器主要由高频电容器构成。它将吸收掉频率很高的、具有辐射能量的谐波成分。

（2）输出滤波器也由电感线圈构成。它可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分。非但起到抗干扰的作用，且能削弱电动机中由高次谐波谐波电流引起的附加转矩。

3.3屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方活。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏；输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线（ac380v）及控制线（ac220v）完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

3.4正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的于扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地）不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。

3.5采用电抗器。

在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。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。

3.6合理布线。

对于通过感应方式传播的干扰信号，可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有：（1）设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线；（2）其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。

4.结束语

通过对变频器应用过程中干扰的来源和传播途径的分析，提出了解决这些问题的实际对策，随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，重视变频器emc的要求，已成为变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题，也是变频器应用和推广的关键之一。变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，满足实际需要的真正“绿色”变频器也会不久面世。我们相信变频器的emc问题一定会得到有效解决。 [科]

作者：孔庆祥

变频器应用中干扰分析论文 篇2：

变频器谐波对策

摘 要：变频器谐波干扰问题越来越影响我们自动化生产过程，为此我们需分析变频器谐波成分产生的原因，了解其危害，了解其谐波传播途径从而根据传播特性制定出抑制变频器谐波方法，进而保证现代化工业生产顺利进行。

关键词：变频器；谐波；干扰；预防

引言

随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术、控制技术、网络技术、通信技术的日新月异，变频器和 PLC及现场总线在现代工业领域特别是烟草行业运用越来越广泛，但变频器电流谐波及高频电磁辐射的影响对控制回路特别是对现场总线的干扰应引起我们的高度重视，若处理不当，会影响我们的自动化生产。不知你发现了没有？有时网络掉线，查又查不出什么原因，后来又莫名其妙的会好，通过查阅一些资料，我总结了一些处理方法，现就这个问题与大家共同探讨。

一、变频器谐波成分的产生

变频器是一个干扰源：变频器干扰其它设备的根本原因是因为其输入和输出电流中含有高次谐波成分的原由。

1.變频器的输入电流

变频器的输入电流产生谐波分析：变频器的三相整流桥的输入电路如图1具有以下特点；因其输出侧是较高的直流电压。以交流侧线电压为380V为例，输出侧直流电压的平均值为513V。输入侧的电压瞬时值只有在超过直流电压之时，才有可能出现电流。显然输入电流是非正弦波如图2。其频谱分析的结果如图3所示。可以看出其5次谐波和7次谐波的成分是非常高的。这些高次谐波电流除影响其它设备形成干扰外，还对功率因数有影响。

由于变频器属于对称三相负载，故其谐波的次数没有偶数和三的倍数，为5，7，11，13，17，19，23，25，29，31，35，37，41，43，49，…

谐波的次数越高，幅值越小。任何高次谐波电流都是无功电流，以5次谐波为例分析每半个周期内“+”与“-”的瞬时功率之和正好相等，平均功率为0，因此电流中含有高次谐波成分时平均功率时比较低的，引起其减少的因子称为畸变因子，其倒数即为畸变率（THDI）。

2. 变频器的输出电压

决大多数逆变器都采用SPWM调制方式。其中正弦波是调制波，三角波是载波且是双极性的。输出电压为占空比按正弦规律分布高频脉冲矩形波如图4。这样的高频电压波可能对其它设备形成干扰。

3. 变频器的输出电流

尽管变频器输出电压是一系列的脉冲构成但由于电动机定子绕组的电感性质，故通入电动机的定子电流十分接近于正弦波。但输出电流中与载波频率相等的谐波分量仍是较大。

二、谐波的危害

1、电流谐波产生的功率损耗和干扰。

2、电源的电压畸变（电压谐波）。

3、功率因数的降低：输入相电流波形与相电压波形本来接近“同步”，相移角基本为零，而相移系数Cosφ=1。考虑因电流比电压滞后引起的平均功率减少功率因数为Cosφ。

4、对地漏电流产生的危害。

5、电磁感应和电磁辐射引起周围敏感设备的干扰，特别是对通讯设备，弱电控制线路，现场总线设备等的干扰。

三、谐波传布途径及谐波抑制方法

1.电路耦合引起的干扰

（1）传播途径

① 通过电源网络传播 这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。由于输入电流为非正弦波，当变频器的容量较大时，将使网络电压产生畸变。

② 通过对地漏电流传播 这是变频器输出干扰信号的主要传播方式。由于输出线路与地线之间存在着分布电容，变频器输出的高频脉冲电压通过分布电容流向大地的漏电流是比较可观的。漏电流又通过地线传播到其它设备。

（2）抑制方法

① 电源隔离 对于一些耗电量较小的仪器设备可通过隔离变压器和电网进行隔离，以防止窜入电网的干扰信号进入仪器。

隔离变压器是原、副方变比为1：1的变压器，但在原、副方绕组之间采取了良好的隔离措施。为了加强隔离效果，在变压器的原、副方电路中，还可以加接一些滤波器件如电容器等。

② 接入电抗器 接入电抗器不仅可以削弱谐波电流和电源电压不平衡，还可提高功率因数。电抗器分交流电抗器和直流电抗器。交流电抗器提高功率因数至0.75～0.85，直流电抗器提高功率因数至0.9以上

（a）可以安装位于进线侧的交流线路电抗器，或者位于直流侧的直流电抗器。

（b）同一电源网络中，有多台变频器或有大容量晶闸管设备时变频器应接入交流电抗器 ，这是因为变频器或有大容量晶闸管都是干扰源，可引起网络的电压波形将发生畸变，它们之间相互干扰或干扰其它设备。

（c）变频器容量不足供电变压器容量的1/10时，应接入交流电抗器。这是因为当变压器的容量相对较小时，变压器二次测绕组的电抗能够起到交流电抗器的作用。

（d）为获得等值的谐波抑制效果，加在直流侧的直流电抗器的电感值大致应等于交流测的交流电抗器的电感值的2倍。

③ 采用12脉冲波或18脉冲波

采用一个具有两组二次绕组的三相变压器，以组接成星形，另一组接成三角形如图5。则该两组二次绕组输出电压间的相位将互差30°，将该两个整流桥的输出侧并联，则并联后的电压波形具有12个脉波，结果会使直流电压明显的平稳，同时其输入电流的波形明显得以改善。

有关资料表明：6脉冲波整流时，电流失真率达88%；接入直流电抗器时，电流失真率达40%；12脉冲波整流时，电流失真率只有12%。

2.感应耦合引起的干扰

当变频器的输入电路或输出电路与其它设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其它设备中去

（1）传播途径

① 电磁感应方式 这是电流干扰信号的主要传播途径。由于变频器的输入输出电流中的谐波成分要产生高频磁场，该磁场的磁力线穿过其它设备的控制线路而产生感应干扰电流。

② 静电感应方式 这是电压干扰信号的主要传播途径。是变频器输出的高频电压波通过线路的分布电容传播给其它设备的控制电路。

（2）抑制方法

①合理布线 合理布线能够在相当大程度上消弱干扰信号，布线时应遵循以下原则：

（a）远离原则 干扰信号的大小与控制线和干扰源之间的距离平方成反比，因此现场总线等信号线应尽可能的远离变频器的输入、输出线。

（b）不平行原则 现场总线等信号线与变频器的输入输出线之間越平行互感较大，分布电容也越大，电磁感应和静电感应的干扰也越大，因此它们之间交叉时应垂直交叉。

（c）相绞原则 两根信号线相绞，能有效抑制差模干扰。这是因为两个相邻绞距中，通过电磁感应产生的干扰电流的方向是相反的。绞距越小效果越好。

② 采用屏蔽线 为防止外来的干扰信号窜入控制电路，控制电路应采用屏蔽线。当控制线和变频器相接时只需将屏蔽层其中的一端接到变频器的信号公共端即可。切忌切不可两端都接。若变频器的动力电缆带屏蔽层时两端都应接地。

3.电磁辐射引起的干扰

（1）传播途径

频率很高的谐波分量具有向空中辐射的电磁波的能力，从而对其它设备干扰。尤其对于通信设备的干扰更为严重。

（2）抑制方法

① 接入电抗器

（a）输入电抗器 可使输入电流的波形大为改善，可显著提高功率因数外。也非常有效的削弱输入电流中的高次谐波电流分量引起的电磁辐射的干扰。

（b）输出电抗器 变频器的输出侧一般不接电抗器，但接入输出电抗器可十分有效的削弱输出电流中的谐波成分。

② 正确接地 接地主要目的是安全，但的也具有把高频干扰信号引大地的功能。应注意以下几点。

（a） 接地线应尽量粗一些，接地点尽量靠近变频器。

（b）接地线应尽量远离电源。

（c）变频器所用接地线必须和其它设备接地线分开。

（d）变频器接地端子不能和电源的“零线”相接。

③ 接入滤波器

滤波器主要用于以滤波器主要用于抑制具有辐射能力的频率很高的谐波电流，窜接在变频器的输入和输出电路中如图6。滤波器有高频线圈和电容起组成。必须注意的是变频器输出侧的滤波器中，其电容器只能接在电动机侧，且应串入电阻，以防止逆变管因电容的充、放电而受到冲击。

无源滤波器可以将THDI降低到 16% 至10%的水准，而且，如果与电抗器结合使用的话，可以降低到5%。

这种方案从0.75kW到 500/630kW的变频器都可以适用。

④ 降低载波频率

变频器输出侧谐波电流的辐射能力、电磁感应和静电感应能力都和载波频率有关。适当降低载波频率对抑制干扰是有利的。

参考文献

1.变频器应用教程 张燕宾 编著 机械工业出版社 ISBN 978-7-111-2030-0.

2. 施奈德变频器ATV71说明书.

作者：薛敏

变频器应用中干扰分析论文 篇3：

浅谈变频器的干扰及其抑制

摘要：变频器在煤矿生产中的应用越来越广泛，其干扰问题日益引起人们的重视。本文主要介绍了变频器应用系统中干扰产生的来源及其传播途径，提出了抗干扰的实际解决方法，阐述了在变频器应用中抑制干扰的具体措施。

关键词：变频器　干扰　抑制

1　引言

变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在煤矿获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了煤矿控制的各个领域中，如变频调速在生活供水、行车、过程控制等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种：对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。

2　变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

2.1　主要电磁干扰源　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，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、非线性负载等。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危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就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。

2.2　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，主要分电磁辐射、传导、感应耦合。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。下面分别加以分析。

2.2.1　电磁辐射　变频器的逆变桥大多采用PWM技术，当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换(dv/dt可达1kv/u s以上)所引起的辐射干扰问题相当突出。

2.2.2　传导　上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。

2.2.3　感应耦合　感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。

3　抗电磁干扰的措施

据电磁性的基本原理，形成电磁干扰(EMI)须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

3.1　隔离　在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

3.2　滤波　为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。

3.3　屏蔽　通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

3.4　接地　实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。变频器本身有专用接地端子PE端，必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻取值＜100Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。

以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。

4　变频控制系统设计中应注意的其他问题

除了前面讨论的几点以外，在变频器控制系统设计与应用中还要注意以下几个方面的问题。

4.1　在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少可能产生的电磁辐射干扰。在实际工程中，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开。

4.2　变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护，但切记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将造成过电压而损坏内部元件。

4.3　控制变频调速电机启/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器实现启/停，否则，频繁的操作可能损坏内部元件。

4.4　尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之间必须的控制线外，其它如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24V直流电源，有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰，所以订货时要特别加以说明，要求用两个直流电源分别对两个系统供电。

4.5　注意变频器对电网的干扰。变频器在运行时产生的高次谐波会对电网产生影响，使电网波型严重畸变，可能造成电网电压降很大、电网功率因数很低，大功率变频器应特别注意。解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节功率因数，同时可以根据具体情况在变频器电源进线侧加电抗器以减少对电网产生的影响，而进线电抗器可以由变频器供应商配套提供。

4.6　变频器柜内除本机专用的空气开关外，不宜安置其它操作性开关电器，以免开关噪声入侵变频器，造成误动作。

4.7　应注意限制最低转速。在低转速时，电机噪声增大，电机冷却能力下降，若负载转矩较大或满载，可能烧毁电机。确需低速运转的高负荷变频电机，应考虑加大额定功率，或增加辅助的强风冷却。

5　结束语

以上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来解决。

作者：刘芳芳