第二节 变频器的电磁兼容性

国际电工委员会（IEC）对电磁兼容性的定义是：“电磁兼容性是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰”。我国颁布的“电磁兼容性”国家标准对电磁兼容性作出如下定义：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。这里所讲的电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象。这表明电磁兼容性有双重含义：设备或系统不仅应具有抑制外部电磁干扰的能力，而且所产生的电磁干扰应不影响同一电磁环境中其他电磁设备的正常工作。显然，电磁兼容性与抗干扰能力的含义是有明显区别的。

变频器作为电力电子设备，内部由电子元器件、计算机芯片等组成，易受外界的电气干扰；其输入侧和输出侧的电压、电流含有丰富的高次谐波，变频器既要防止外界干扰信号干扰变频系统的运行，又要防止变频系统产生的干扰信号影响其他电气控制系统，即所谓电磁兼容性。

一、变频器的谐波和电磁干扰

变频器的主电路一般为交-直-交结构，外部输入的380V/50Hz工频电源经三相整流桥不可控整流成直流电压。变频器采用的这种二极管不可控整流电路，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，因此整流器输入的电流实际上是电容器的充电电流，其谐波分量较大。在变频器的输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲信号，对于GTR大功率逆变器件，其PWM的载波频率为2～3kHz，而IGBT大功率逆变器件的PWM最高可达15kHz，所以输出回路电流信号中也含有正弦波的基波和其他各次谐波。

电磁干扰也称电磁骚扰（EMI）。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。变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作在开关模式并作高速切换时，产生大量耦合性噪声，因此，它对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。电网中存在的各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及电子照明设备等，都是电网中的谐波污染源，会使电网中的电压、电流产生波形畸变，影响和干扰相邻的电气设备运行。受污染的电源对变频器的干扰主要有：过电压、欠电压、瞬时掉电、浪涌、跌落、尖峰电压脉冲和射频干扰等。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。

二、变频系统中的抗干扰措施

变频系统中的抗干扰措施可以采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

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。具体措施有：使所有的信号线很好的绝缘，保证其不漏电，防止由于接触引入的干扰；将不同种类的信号线分别敷设；模拟量信号，特别是低电平信号，采用屏蔽双绞线连接，且单独占用电缆管或电缆槽；低电平的开关信号，数据通信线路（RS-232）等，其抗干扰能力略强，但也要采用屏蔽双绞线，至少用双绞线，并单独走线，不可与动力线、大负荷信号线平行敷设；高电平或大电流的开关量输入、输出以及其他继电器输入、输出信号，它们会干扰别的弱小信号，因此应采用双绞线连接，并单独走电缆管或电缆槽；还有一种方法是将外部信号与变频器内部通过隔离变压器、继电器或光电耦合器进行隔离，效果很好，已被变频器生产厂商广泛采用。

屏蔽就是用金属导体，把相关的元器件、组合件、控制线及信号线包围起来。屏蔽干扰源是抑制干扰最有效的方法，通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。屏蔽线的正确使用也是变频器正常运行的重要技术手段之一。

为了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具有滤波效果的交流电抗器；为了改善变频器输出电流的波形，减小电动机的噪声，可在变频器输出端也加装交流电抗器。系统中设置滤波电抗器可以抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到供电网络。有更高要求时还可在电源线上设置电源噪声滤波器。

变频器本身有专用接地端子PE或G端，从安全和降低噪声的需要出发，该端必须接地。可用较粗并尽量短的导线，一端接到变频器接地端子PE上，另一端与接地极相连，不能接在零线上。接地电阻应小于1Ω，接地线长度应小于20m。实践证明，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。