隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，供電系統(tǒng)增加了大量的非線性負(fù)載，特別是變頻器，從低壓小容量家用電器到高壓大容量的工業(yè)變頻器廣泛使用，變頻器在工作中產(chǎn)生功率較大的諧波。

由于功率較大，對系統(tǒng)其它設(shè)備干擾性較強(qiáng)，其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分傳導(dǎo)（即電路耦合）、電磁輻射、感應(yīng)耦合。使得電磁干擾（EMI）日益嚴(yán)重，相應(yīng)的抗干擾設(shè)計（即電磁兼容EMC）已經(jīng)變得越來越重要。

有時電磁干擾能直接造成系統(tǒng)的硬件損壞，有時雖不能損壞系統(tǒng)的硬件，卻常使微處理器的系統(tǒng)程序運(yùn)行失控，導(dǎo)致控制失靈，從而造成設(shè)備的生產(chǎn)事故。因此，如何提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性是自動化裝置研制和應(yīng)用中不可忽視的重要內(nèi)容，也是計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用和推廣的關(guān)鍵之一。

我們一般抑制諧波干擾常用的方法有抑制（包括采用增加交流/直流電抗器、多相脈沖整流等）、隔離、濾波、屏蔽、接地等，這些抗干擾措施可根據(jù)系統(tǒng)的抗干擾要求合理選擇使用。

以下重點(diǎn)講述我公司技術(shù)人員在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常采用的抑制諧波干擾的具體實(shí)施例子。

例1

本廠的3線螺桿壓力閉環(huán)系統(tǒng)，在變頻器啟動后，控制系統(tǒng)的儀表（RKC，F(xiàn)900F810*8—AD儀表輸入4-20ma）顯示壓力在±2MPa左右波動，壓力探頭（Dynisco 0-35MP輸出4—20ma）。變頻器（安川616H3）上的頻率±5H₂左右波動在（±2H₂）。因為是閉環(huán)系統(tǒng)，所以要有一點(diǎn)在波動會是整個壓力系統(tǒng)都在波動，如圖1所示。

圖1

思路：先將儀表打手動控制，輸出固定60%，壓力還是上下來回波動，現(xiàn)儀表輸出13.6ma變頻36H₂，這就排除變頻和儀表輸出，想通過調(diào)正儀表PID（d↑微分系數(shù)為小，對即時變化反應(yīng)不夠快，反映措施不力，I↓積分系數(shù)過大，使微分反應(yīng)被淹沒飩化）調(diào)正后基本無效果。

排除設(shè)置不當(dāng)。分析認(rèn)為是干擾引起的，通過示波器分析在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波量（5次、7次、11次、13次）所占的比重很高。它們除了可能干擾其他設(shè)備的正常運(yùn)行之處，還因為它們消耗了大量的無功功率使線路的功率因數(shù)大為下降。

現(xiàn)針對變頻干擾采取必要的措施先從以下幾方面著手。

1、 加裝交流電抗器

交流電抗器串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間，其目的是通過抑制諧波電流，將功率因數(shù)提高至（0.75-0.85），削弱輸入電路中的浪費(fèi)電流對變頻器的沖擊，削弱電源電壓不平衡的影響。

2、 加裝直流電抗器

直流電抗器，串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間，其目是進(jìn)一步削弱輸入電流的高次諧波成分但在提高功率因數(shù)方面比交流電抗器有效可達(dá)0.95。

3、 在輸入輸出側(cè)加裝濾波器

一般輸入濾波器通常又分兩種：

a. 線路濾波器主要由電感線圈構(gòu)成。它通過增大線路在高頻下的阻擾來削弱頻率較高的諧波電流；

b. 輻射濾波器主要由高頻電容器構(gòu)成，它將吸收掉頻率很高的具有輻射能量的諧波成分。

一般輸出濾波器也由電感線圈構(gòu)成。它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成分。不僅起到抗干擾的作用，且能削弱電動機(jī)中由高次諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。對于變頻器輸出端的抗干擾措施必須注意以下方面：

1） 變頻器的輸出端不允許接入電容器，以免在逆變管導(dǎo)通關(guān)斷瞬間，產(chǎn)生峰值很大充電（或放電）電流，損害逆變管；

2） 當(dāng)輸出濾波器由LC電路構(gòu)成時，濾波器內(nèi)接入電容器的一側(cè)必須與電動機(jī)側(cè)相接。

4、 檢查接地系統(tǒng)

由于系統(tǒng)電源零線（電線）地線（保護(hù)接地、系統(tǒng)接地）不分，控制系統(tǒng)屏蔽地（控制信號屏蔽地和主電路導(dǎo)線屏蔽地）的混亂連接會大大降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

通過處理后，壓力波動在（±0.3MPa）頻率波動在（±1H_z），諧波干擾基本抑制，系統(tǒng)工作正常。

例2

本廠一臺VC443牽伸機(jī)系統(tǒng)有144個溫度點(diǎn)有一臺單片機(jī)控制，同時有一臺變頻器控制拖動。在變頻器不工作時溫度顯示正?！?℃范圍，但變頻工作時溫度波動且在大約30秒周期±15℃波動，通過現(xiàn)象分析了解，初步認(rèn)為是干擾引起的。

在對現(xiàn)場維修人員的了解中，得知原控制板上有2個5V電源燒壞1個后合用1個開關(guān)電源，后開機(jī)出現(xiàn)溫度異常。分析認(rèn)為可能問題出在電源上。

單片機(jī)控在接口電路中采用光電隔離，光電耦合器之所以在傳輸信號的同時能有效地抑制尖脈沖幫各種噪聲干擾，使通道上的信號噪聲比大為提，主要有以下幾方面的原因：

1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，；常為10⁵－10⁶Ω。由于沒有足夠的能量而不能使二極管發(fā)光，從而被抑制掉了。

2）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。

最后經(jīng)過仔細(xì)分析因為在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別使用獨(dú)立的電源，若兩端共用一個電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。當(dāng)用光電耦合器來隔離輸入輸出通道時，必須對所有信號（包括數(shù)字量信號、控制量信號、狀態(tài)信號）全部隔離，使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯(lián)系，否則這種隔離是沒有意義的。電源分開后溫控工作正常。

結(jié)論

通過應(yīng)用過程中干擾的來源和傳播途徑的分析，提出了解決這些問題的實(shí)際對策。大量的電磁干擾產(chǎn)生，如不加以抑制，將影響整個控制系統(tǒng)的正常工作。但完全消除電磁干擾是不現(xiàn)實(shí)的。

電磁干擾的抑制應(yīng)根據(jù)不同元器件，不同的電磁環(huán)境采取適當(dāng)?shù)囊种拼胧?，以系統(tǒng)可以正常工作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，沒有必要單純?yōu)榱俗非箅姶鸥蓴_抑制指標(biāo)而采取復(fù)雜的措施。通常電磁干擾抑制能力的強(qiáng)弱與投資成正比。

我們在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意的其他問題

1）確?？刂乒裰械乃性O(shè)備接地良好。另外與變頻器相連的控制設(shè)備（如PLC或PID控制儀）要與其共地。

2）安裝布線時將電源線和控制電纜分開，例如使用獨(dú)立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉，應(yīng)成90°交叉布線。

3）使用屏蔽導(dǎo)線或雙絞線連接控制電路時，確保未屏蔽之處盡可能短。

4）確?？刂乒裰械慕佑|器有滅弧功能，交流接觸器采用R_-C抑制器，也可采用壓敏電阻抑制器，如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的，這一點(diǎn)特別重要。

5）鎧裝電纜作為電機(jī)接線時，要將屏蔽層接地。

6）在設(shè)備排列布置時，應(yīng)盡量交容易受干擾的弱電控制設(shè)備與變頻器分開，比如將動力配電柜放在變頻器與控制設(shè)備之間。

7）盡量減少變頻器與控制系統(tǒng)不必要的連線，以避免傳導(dǎo)干擾。除了控制系統(tǒng)與變頻器之間必須的控制線外，其它如控制電源等應(yīng)分開。

由于控制系統(tǒng)及變頻器均需要24V直流電源，而生產(chǎn)廠家為了節(jié)省一個直流電源，往往用一個直流電源分成兩路分別對兩個系統(tǒng)供電，有時變頻器會通過直流電源對控制系統(tǒng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，所以在設(shè)計中或訂貨時要特別加以說明，要求用兩個直流電源分別對兩個系統(tǒng)供電。

8）注意防止發(fā)生共振現(xiàn)象。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機(jī)轉(zhuǎn)矩中含有脈動分量，有可能造成電機(jī)的振動與機(jī)械振動產(chǎn)生共振，使設(shè)備出現(xiàn)故障。應(yīng)在預(yù)先找到負(fù)載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設(shè)置，躲開共振頻率點(diǎn)。

變頻調(diào)速電氣系統(tǒng)的電磁兼容性是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程。首先要找到干擾的源頭，先把源頭抑制，要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，綜合考慮，采取經(jīng)濟(jì)可行的抑制干擾措施。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“變頻器的干擾抑制實(shí)例分析”，作者為吳惠強(qiáng)、楊炯。）