SEW-传动设备（天津）有限公司天津市300457
摘要：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emc）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。
关键词：变频器；电磁干扰；抗干扰
1.变频器的主要电磁干扰源
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，通常是通过电路传导和以场的形式传播的。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、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。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。
2.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。
2.1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。
2.2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。
2.2.1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%。
2.2.2输出电压与电流的波形绝大多数变频器的逆变桥都采用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。
3.抗电磁干扰的措施
3.1合理的安装和布线
3.1.1变频器一般多安装在密闭配电柜中，并且有排风扇等装置，以保证柜内的空气流通，并且，在变频器所在的室内，一般还应装有空调等降温设备；
3.1.2变频器安装时应避开电磁干扰比较严重的地方，例如电源、信号线比较集中且杂乱的地方，并且应避开灰尘大以及腐蚀性气体的场合；
3.1.3应安装在一个牢固、结实且不会经常震动的地方，并且应做好对震动冲击的防护措施；
3.1.4变频器对所安装的环境温度有一定要求，一般为一20℃一60℃；
3.1.5变频器的输入输出控制及信号线应尽量避开其他设备的电源及信号线，同时其电源线要与信号控制线分开；
3.1.6确保控制柜中的接触器有灭弧功能。
3.2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，还冈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。在输入电路内串人电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。
3.3使用滤波器
变频器系统的运行会使电网中产生高次谐波，从而可能造成电网波形畸变，使其功率因数降低。滤波器可以对电路中的高次谐波进行抑制或消除。采用无功补偿装置可对电网功率因数降低的情况进行调节，而对于高次谐波，应根据具体情况，在变频器的进线端及输出端加装滤波器，以改善电网波形畸变对变频器及其他设备等产生的影响。为了防止变频器产生的电磁辐射或者谐波等干扰进入电源或者其他设备，在电路中应设置滤波器。在变频器系统中，有些电源对抗干扰的要求较高，所以，在电源输入端并联滤波器可有效抑制变频器产生的电磁辐射及谐波的干扰。在变频器的输入和输出端分别加入输入和输出滤波器，可有效减少电磁干扰、电网电压突变等造成的影响。对于一些对电磁干扰非常敏感的电子电气设备，也应该加入滤波器。这种滤波器应该加在电源线上，称为电源噪声滤波器。
3.5抗电磁干扰屏蔽措施
所谓的屏蔽技术就是指用金属导体，把被屏蔽的元件、组合件和信号线包围起来，屏蔽主要有电气屏蔽和磁屏蔽两种。屏蔽技术的关键在于正确的使用屏蔽线，对于屏蔽线、双绞线的使用及屏蔽层的接地在工程实际中以成熟应用，在此不过多叙述。
3.5.1电气屏蔽。电气屏蔽主要是屏蔽电场耦合干扰，应当采用双绞线，并且导线的屏蔽层最好不要两端连接当地线使用，应将屏蔽层单点接地，防止地环电流在屏蔽层形成磁场。
3.5.2磁屏蔽。磁屏蔽主要是屏蔽磁场耦合干扰，但实际应用中很难做到用导磁材料将磁场环境屏蔽起来，通常有效抑制磁场耦合干扰的做法是远离磁场源，同时避免平行走线。
3.4抗电磁干扰接地措施
所谓的抗干扰接地技术是指避开地环电流的干扰，降低公共地线阻抗的耦合干扰。正确的接地不仅可以抑制电磁干扰对设备和控制系统本身的影响，又可抑制其产生干扰信号。
在大地电位变化较大的场所，系统将受到共模干扰，且容易变为差模干扰。控制系统的接地方式一般要采取独立接地方式，接地时一般要做到以下几点：接地线的截面积应尽量大；接地点应尽量靠近变频器，接地点与变频器之间的距离不大于50m；接地线因尽量避开动力线，不能避开时应垂直相交，应尽量缩短平行走线长度；接地电阻应小于1Ω。
结语
电磁干扰的通路具有多样性，变频器抗干扰措施理论上的手段也很多，主要有屏蔽、接地、隔离、噪声滤波、布线等手段，但是在实际工作中不可能大规模全部采用。要想完全消除也是不现实的，只能最大限度地对干扰进行抑制。以此为目的，应当结合现场的实际情况，选择高效、经济的解决方案，从而使系统自身的电子设备能正常、可靠地工作。