浅谈变频器干扰的危害及应对措施

江苏淮钢   设备能源处   张笑冬

内容摘要

变频器是20世纪电气传动领域划时代技术进步的产物，随着变频器技术的发展，变频器已被广泛应用在工业企业，变频器除了有卓越的无级调速性能外，还有显著的节电和环保作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。值得重视的是，由变频器产生的电磁干扰在系统集成工程中不仅污染工厂供电系统，还直接对自动化工程项目干扰，引起测控系统失准失灵，严重破坏大系统的稳定性。本文结合江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司一次工程技改调试过程中遇到的实际情况，对变频器产生的干扰问题进行分析并阐述几点应对的措施。

关键词：变频 干扰 危害 措施

一、概述

在淮钢烧结18#转运站除尘改造的施工现场，自动化调试人员正在为一台250KW的主抽风机电机作热调试，该电机为变频启动，在准备过程中却发现电机的控制箱无法正确执行启停的命令，随后又发现电机的温度传感器也测量不准，温度随着电机的运行不断的上下跳动甚至显示超量程，在排除了其他接线问题后认定这是因为变频器产生的干扰所致。

由于烧结18#转运站除尘改造现场场地的局限性，上项目的时候没有为配电室考虑更充裕的放置场地，也没有考虑更加合理的电缆路由，导致在工程热调试的时候，变频器的干扰问题被暴露了出来。我们随即针对现场的情况作出反应，通过更改电缆路径、在电缆外套镀锌钢管做屏蔽、重新做接地极、增加隔离器装置、检查屏蔽电缆接线等措施，使工程最终如期投产。但这次事件暴露出我们对变频器干扰的问题还没有充份的认识，在技改工程初期也没有引起足够的重视，现将此次事件的经验及教训进行总结。

二、变频器的干扰是如何产生的

2.1、变频器的工作原理

变频器的工作原理是利用电力电子器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制四个部分组成。

2.2、变频器干扰的产生

变频器主要由整流电路，逆变电路，控制电路组成，其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成，电力电子器件具有非线性特性，当变频器运行时，它要进行快速开关动作，因而产生高次谐波，这样变频器输出波形除基波外还含有大量高次谐波。这些高频电磁波对附近的操作箱内控制回路、仪表具有很强的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他电气设备，并且功率越大，对系统其它设备干扰性越强。

变频器干扰的传播方式主要分传导（即电路耦合）及辐射（电磁辐射、感应耦合）两种方式：

1、电路耦合：即通过电源网络传播。由于输人电流为非正弦波，当变频器的容量较大时，将使网络电压产生畸变，影响其他设备工工作，同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损、铁损大幅增加，影响了电机的运转特性。显然，这是变频输入电流干扰信号的主要传播方式。

    2、感应耦合：当变频器的输人电路或输出电路与其他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他设备中去。感应的方式又有三种：

（1）电磁感应方式，这是电流干扰信号的主要方式；

（2）静电感应方式，这是电压干扰信号的主要方式；

（3）空中幅射方式即以电磁波方式向空中幅射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。

三、变频器干扰产生的危害性

    随着电子技术的发展，变频器的应用给工业企业带来的巨大的节能效益，人们每每享受着这巨大效益的同时，也感受到变频器的干扰问题给我们带来的苦恼。总的来说，干扰的影响涉及到以下几个方面：

3.1、对于电网系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几点：

（1）、增加输电线路和用电设备的额外损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益。谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对电力谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使得故障加剧。

（2）、影响继电保护和自动装置的工作可靠性，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动作或不动作，使其可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。

（3）、对通讯系统工作产生干扰，电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时，会在邻近电力通信线路中产生干扰电压，干扰通信的正常运行，会常有误报、误动作的情况产生，严重威胁电力系统的安全运行。

3.2、对现场电机来说，谐波的危害主要表现为：

变频器输出侧高次谐波会引起电动机过热，导致电动机的额外升温，并由于重复峰值电压上升，从而影响电动机的绝缘，降低电动机的使用寿命。另外，会引起电动机转矩脉动，噪声增加，在电动机低速时，还会发生步进现象，可能引起电动机与负载组成的机械系统共振，影响系统的正常运行。

3.3、对计量仪表及控制系统来说，谐波的危害主要表现为：

变频器运行产生的谐波通过电路耦合、电磁辐射、感应耦合产生干扰电压或电流，从而会对离变频器较近的仪表及控制系统产生干扰，表现为仪表读数产生了较大的误差、仪表无法正常工作等等，严重影响仪表的正常使用；控制系统无法正常启停，影响系统运行的连贯性及稳定性。

四、针对变频器产生的干扰有哪些应对措施

4.1、配电室合理布局

在设计配电室时一定要注意变频柜的摆放位置，尽量将变频柜与其他控制柜分开摆放，变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流的流通路径。

4.2、选择正确的电缆路由，合理布线

    在配电柜合理摆放的同时，关键还要选择正确的电缆路由，要将变频柜的出线与其他控制电缆走不同的电缆沟出口，避免平行或缠绕在一起。在配电室外的电缆桥架要分层布置，布线时将变频柜出线单独分层摆放。在电动机和变频器之间的电缆应选铠装屏蔽电缆或穿镀锌钢管屏蔽，信号线也应选用屏蔽电缆，屏蔽层应单点可靠接地。往往因为接线人员的粗心，很容出线一把线里面就那么一根线的屏蔽层没有接地，给工程调试带来很大的麻烦。

4.3、加装输入、输出滤波器和电抗器

在变频器输入、输出电路中，有许多高频谐波电流，滤波器用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的传导，也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰。另外，要在电源与变频器的输入侧串联输入电抗器，在变频器输出侧串联输出电抗器，通过抑制谐波电流，一方面，削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击。另一方面，消除谐波对电网的二次污染。

4.4、正确做好接地

首先，变频器的E端要与控制柜及电机的外壳相连，要接保安地，接地电阻应小于100Ω。其次，电动机外壳要可靠接地，配电柜接地效果若达不到要求还需单独打接地极。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干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线、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。

4.5、模拟量信号加装隔离器

    现场的仪表大多为4-20mA模拟量信号，受到干扰电压或电流的冲击会对信号产生较强的干扰，波动很大。加装信号隔离器正常情况下可以有效的解决这一问题，而且价格比较经济，需要注意的是，如果现场的干扰较为强烈，那么隔离器也是为力的，其他的处理方法都要逐个实验，如电缆的屏蔽层是否可靠接地等，因现场的情况而定找到最佳的处理方法。

五、结束语

随着科学技术的不断发展，变频器技术也在不断创新，变频器干扰的问题已经被人们所认识和重视。本文结合工程实际中遇到的问题针对变频器产生干扰的原理进行了分析，针对防范措施做了几点阐述。作为一名工程技术人员必须熟悉掌握这些变频器的特性，遇到类似问题的时候只要沉着冷静去思考，认真仔细去面对，就一定能找到解决问题的思路和办法，希望上述几点措施在现场调试中对提高变频器运行的可靠性和稳定性起到一定的帮助。