在各種工業(yè)控制系統中，隨著(zhù)變頻器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)-VFD）等電力電子設備的廣泛使用，系統的電磁干擾越來(lái)越嚴重，相應的抗干擾設計技術(shù)（即與EMC的電磁兼容性）變得越來(lái)越重要。有時(shí)VFD的系統干擾會(huì )直接損壞系統的硬件。有時(shí)，雖然系統的硬件不能損壞，但微處理器的系統程序往往失控，導致控制故障，導致設備和生產(chǎn)事故。因此，如何提高系統的抗干擾能力和可靠性是自動(dòng)化設備開(kāi)發(fā)和應用中不可忽視的重要組成部分，也是計算機控制技術(shù)應用和推廣的關(guān)鍵之一。說(shuō)到VFD的抗干擾問(wèn)題，首先了解干擾的來(lái)源和傳播方式，然后采取不同的措施。
一、VFD干擾源
首先是來(lái)自外部電網(wǎng)的干擾。電網(wǎng)中的諧波干擾主要是VFDVFD的電源干擾造成的。電網(wǎng)中存在大量的諧波源，如各種整流裝置、交流/DC交換裝置、電子調壓裝置、非線(xiàn)性負載和照明裝置等。所有這些負載都會(huì )造成電網(wǎng)中電壓和電流的波形失真，從而對電網(wǎng)中的其他設備造成有害干擾。如果VFD的電源受到被污染的交流電網(wǎng)的干擾，電網(wǎng)噪聲就會(huì )受到電網(wǎng)VFD的電源電路的干擾。電源干擾對VFD主要包括：(1)過(guò)壓、欠壓、瞬時(shí)斷電；(2)浪涌和驟降；(3)峰值電壓脈沖；(4)射頻干擾。
1.晶閘管變流設備對VFD的干擾
當供電網(wǎng)絡(luò )中有大容量的晶閘管變流器時(shí)，由于晶閘管總是在每相半周的部分時(shí)間內導通，很容易使網(wǎng)絡(luò )電壓陷波，波形嚴重畸變�？赡軙�(huì )因為反向恢復電壓大而損壞VFD輸入側的整流電路，導致輸入電路擊穿燒壞。
2.功率補償電容對VFD的干擾
電力部門(mén)對用電設備的功率因數有一定的要求。因此，許多用戶(hù)在變電站采用集中電容補償來(lái)提高功率因數。在開(kāi)通或關(guān)斷補償電容的瞬態(tài)過(guò)程中，電網(wǎng)電壓可能出現高峰值，因此VFD的整流二極管可能因反向電壓過(guò)大而擊穿。
其次，VFD對外界的自我干擾。VFD的整流橋對于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負載，其產(chǎn)生的諧波會(huì )對同一電網(wǎng)中的其他電子電氣設備造成諧波干擾。另外，VFD的逆變器大多采用PWM技術(shù)，工作在開(kāi)關(guān)模式和高速開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的耦合噪聲。因此VFD是系統中其他電子電氣設備的電磁干擾源。
VFD的輸入和輸出電流包含許多高次諧波成分。除了可以構成電源無(wú)功損耗的較低次諧波外，還有很多高頻率的諧波成分。它們會(huì )以各種方式傳播自己的能量，對VFD自身和其他設備形成干擾信號。
(1)輸入電流VFD的波形的輸入端是一個(gè)二極管整流器和電容濾波電路。顯然，只有當電源的線(xiàn)電壓UL大于電容器兩端的DC電壓UD時(shí)，整流橋中才會(huì )有充電電流。因此，充電電流總是以不連續沖擊波的形式出現在電源電壓的幅度附近。它有很強的諧波成分。相關(guān)數據顯示，輸入電流的5次和7次諧波分量最大，分別為50HZ基波的80%和70%。
(2)輸出電壓和電流的波形對于大多數VFD逆變橋都是SPWM調制，輸出電壓是一系列占空比分布為正弦的矩形波形；由于電機定子繞組的電感性，定子電流非常接近正弦波。但是等于載波頻率的諧波分量仍然很大。
二、干擾信號的傳播方式
VFD會(huì )產(chǎn)生大功率諧波。由于其功率較大，對系統中的其他設備有較強的干擾，其干擾方式與一般電磁干擾相同，主要有傳導(即電路耦合)、電磁輻射和電感耦合。具體來(lái)說(shuō)，首先是對周?chē)碾娮与姎庠O備產(chǎn)生電磁輻射；其次，對直驅電機產(chǎn)生電磁噪聲，增加了電機的鐵損和銅損；并通過(guò)配電網(wǎng)對系統的電源和其他設備進(jìn)行干擾；最后，VFD感應耦合到其他相鄰線(xiàn)路，感應干擾電壓或電流。同樣，系統中的干擾信號也通過(guò)同樣的方式干擾VFD的正常工作。
(1)電路耦合模式通過(guò)電力網(wǎng)絡(luò )傳播。由于輸入電流為非正弦波，當VFD容量較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò )電壓會(huì )發(fā)生畸變，影響其他設備工作人員的工作。同時(shí)，輸出端產(chǎn)生的傳導干擾會(huì )大大增加直驅電機的銅損和鐵損，影響電機的運行特性。顯然，這是VFD輸入電流干擾信號的主要傳播方式。
(2)電感耦合方式當VFD的輸入電路或輸出電路靠近其他器件的電路時(shí)，VFD的高次諧波信號會(huì )以電感方式耦合到其他器件。歸納有兩種方式：
a、電磁感應，這是電流干擾信號的主要方式；
b、靜電感應，這是電壓干擾信號的主要方式。
(3)空氣輻射是指通過(guò)電磁波輻射到空氣中，是高頻諧波分量的主要傳播方式。
三、變頻調速系統的抗干擾對策
根據電磁學(xué)的基本原理，電磁干擾(EMI)的形成必須具備三個(gè)要素：電磁干擾源、電磁干擾通道和對電磁干擾敏感的系統。為了防止干擾，可以采用硬件抗干擾和軟件抗干擾。其中，硬件抗干擾是應用措施系統最基本、最重要的抗干擾措施。一般從抗干擾和反干擾兩方面抑制干擾�？偟脑瓌t是抑制和消除干擾源，切斷干擾對系統的耦合通道，降低系統干擾信號的靈敏度。工程上可以采取隔離、濾波、屏蔽、接地等具體措施。
1、所謂干擾隔離，是指將干擾源和易損部件從電路中隔離出來(lái)，使它們不發(fā)生電氣接觸。在變頻調速系統中，電源與放大電路之間的電力線(xiàn)上通常采用隔離變壓器，以避免傳導干擾，電源隔離變壓器可采用噪聲隔離變壓器。
2、在系統電路中設置濾波器的目的是為了抑制VFD通過(guò)電力線(xiàn)對供電從電機的干擾信號。為了降低電磁噪聲和損耗，可以在VFD的輸出端設置一個(gè)輸出濾波器。為了降低對電源的干擾，可以在VFD的輸入端設置一個(gè)輸入濾波器。如果線(xiàn)路中有敏感的電子設備，可以在電源線(xiàn)上設置電源噪聲濾波器，以避免傳導干擾。在VFD的輸入輸出電路中，除了上面提到的低次諧波成分外，還有很多高頻率的諧波電流，它們會(huì )以各種方式傳播自身的能量，對其他器件形成干擾信號。濾波器是削弱較高頻率諧波成分的主要手段。根據使用位置的不同，可分為：
(1)通常有兩種輸入濾波器：
a、線(xiàn)路濾波器主要由電感線(xiàn)圈組成。它通過(guò)增加高頻時(shí)線(xiàn)路的阻抗來(lái)削弱較高頻率的諧波電流。
b、輻射濾波器主要由高頻電容組成。它會(huì )吸收高頻和輻射能的諧波成分。
(2)輸出濾波器也由電感線(xiàn)圈組成。能有效削弱輸出電流中的高次諧波成分。它不僅起到抗干擾的作用，還能削弱電機中高次諧波電流引起的附加轉矩。對于VFD輸出的抗干擾措施，必須注意以下幾個(gè)方面：
a、不允許在VFD的輸出端接電容，以免逆變管導通(關(guān)斷)瞬間出現峰值較大的充電(或放電)電流，損壞逆變管；
b、當輸出濾波器由LC電路組成時(shí)，濾波器連接到電容器的一側必須連接到電機側。
3、屏蔽干擾源是抑制干擾最有效的方法。通常VFD本身用鐵殼屏蔽，防止電磁干擾泄漏；輸出線(xiàn)要用鋼管屏蔽，特別是用外部信號VFD控制時(shí)，信號線(xiàn)盡量短(一般在20m以?xún)?，信號線(xiàn)要用雙芯屏蔽，與主電路線(xiàn)(AC380V)和控制線(xiàn)(AC220V)完全分開(kāi)，不得放在同一配管或線(xiàn)槽內，周?chē)碾娮用舾性O備線(xiàn)也要屏蔽。為了使屏蔽有效，屏蔽必須可靠地接地。
4、適當的接地不僅可以使系統有效抑制外界干擾，還可以減少設備本身對外界的干擾。在實(shí)際應用系統中，由于系統電源的零線(xiàn)(中性線(xiàn))、地線(xiàn)(保護接地和系統接地)和控制系統的屏蔽地(控制信號的屏蔽地和主電路導體的屏蔽地)的混亂連接，大大降低了系統的穩定性和可靠性。
對于VFD，主電路端子PE(E，G)的正確接地是提高VFD噪聲抑制能力，降低VFD干擾的重要手段，在實(shí)際應用中必須高度重視。VFD接地導體的截面積一般不應小于2.5mm2，長(cháng)度應控制在20m以?xún)�。建議VFD的接地與其他電源設備的接地點(diǎn)分開(kāi)，不能一起接地。
5、使用反應器
低頻諧波分量(5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等。)在VFD的輸入電流中占比很高。它們不僅可能干擾其他設備的正常運行，而且由于消耗大量的無(wú)功功率，會(huì )大大降低線(xiàn)路的功率因數。在輸入回路中串聯(lián)電抗器是抑制低次諧波電流的有效方法。根據接線(xiàn)位置的不同，主要有以下兩種：
(1)交流電抗器串聯(lián)在電源和VFD的輸入側之間。其主要職能是：
a、通過(guò)抑制諧波電流將功率因數提高到(0.75-0.85)；
b、削弱輸入電路中浪涌電流對VFD的影響；
c、削弱電源電壓不平衡的影響。
(2)DC電抗器串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。它的作用比較簡(jiǎn)單，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數方面比交流電抗器更有效，可達0.95，且具有結構簡(jiǎn)單、體積小的優(yōu)點(diǎn)。
6、合理布線(xiàn)
通過(guò)感應傳播的干擾信號可以通過(guò)合理布線(xiàn)來(lái)減弱。具體方法如下：
(1)設備的電源和信號線(xiàn)應遠離VFD的輸入輸出線(xiàn)；
(2)其他設備的電源線(xiàn)和信號線(xiàn)應避免與VFD的輸入輸出線(xiàn)平行。