探寻变频器测试中的干扰及对应策略

在变频器的输入和输出电路中，除了含有较低频率的谐波成分外，还包含了许多频率较高的谐波成分。虽然这些谐波能增加变频器输入侧的无功功率、降低功率因数(主要是频率较低的谐波)，但却会在传播能量的过程中干扰其他设备信号，更有甚者将导致设备无法正常工作。本文将从探寻变频器的干扰源入手，带您揭秘干扰的传播方式，并为您提供行之有效的抗干扰应对策略。

变频器的干扰源

在变频器运行的过程中，有以下三个干扰源：

1变频器的输入电流

如图1中曲线①所示，变频器的输入电流是非正弦波形，其频率一般在3kHz以下，同时它所具备的丰富的高频谐波成分还将影响其他设备的正常运行。

2变频器的输出电压

如图1中曲线②所示，变频器的输出电压波形是经正弦脉宽调制的高频、高压脉冲序列，其频率为载波频率，这种具有陡边沿的脉冲信号将产生很强的电磁干扰信号。

3变频器的输出电流

如图1中曲线③所示，在变频器的输出电流中存在着极为丰富的高频谐波成分，其频率一般在10kHz以上，但由于电动机绕组具有电感性质，所以变频器的输出电流波形十分接近于正弦波，然而却因变频器的输出电压是高频、高压的脉冲序列，故变频器的输出电流不可能是十分光滑的正弦波。

图1

干扰源的传播方式

三种干扰源将通过以下方式进行传播：

1线路传播

线路传播即通过相关电路传播干扰信号，其具体途径可分为电源网络传播和漏电流传播。

作为变频器输入侧干扰信号的主要传播途径，电源网络传播的途径如图2中①所示：其输入电流中的高频谐波成分将使网络电压产生相应的脉动信号，并干扰同一网络中的其他电子设备；作为变频器输出侧干扰信号的主要传播途径，漏电流传播的途径如图2中②所示：鉴于变频器的输出线路与大地或地线之间存在着分布电容，因此在变频器输出高频脉冲电压时干扰源将以高频漏电流的形式流向大地，并通过地线二次传播到其他设备。

2电磁波传播

这是一种主要针对遥控装置和通信设备的传播途径。在变频器的输入电流和输出电流中，鉴于高次谐波成分所产生的电磁场具有辐射能力，这将使其他设备因接收到电磁波信号而受到干扰，其途径如图2中③所示。

3感应耦合传播

当变频器的输入或输出电路附近有其他电气设备时，变频器的高频谐波成分将通过感应的方式耦合至其他设备，其传播方式可分为电磁感应传播和静电感应传播。

作为电流干扰信号的主要传播方式，电磁感应传播的途径如图2中④所示。在变频器的输入和输出电流中，高频谐波成分将产生高频磁场，其中的高频磁力线将穿过其他设备的控制线路而产生感应干扰电流，由于该电流是以控制电路为回路并叠加至控制电流上的干扰信号，因此通常被称为差模干扰信号；作为电压干扰信号的主要传播方式，静电感应传播是将变频器输出的高频电压通过线路的分布将电容传播至控制电路的一种传播方式，其途径如图2中⑤所示。在这一过程中所产生的干扰电流将与在两根控制线内所产生的瞬间电流具备相同的方向，并与大地共同构成回路，因此我们通常将具有这种特点的干扰信号称为共模干扰信号。

图2

抗干扰措施

那么我们可以采取哪些抗干扰措施呢？

1. 合理布线

合理布线能在很大程度上削弱干扰信号的强度，因此横河建议在布线时，应遵循以下几个原则：

1. 远离原则。各种设备的测量线应尽量远离变频器的输入、输出线。

2. 相绞原则。将两根测量线相绞，能有效抑制差模干扰信号。

3. 不平行原则。如果测量线和变频器的输入、输出线平行，则两者间的相关参数如互感、分布电容、电磁感应和静电感应的干扰信号也会随之增大，因此在空间上测量线应尽量和变频器的输入、输出线交叉，最好是垂直交叉。

2. 削弱干扰

1.接入电抗器。当变频器在电源输入侧接入电抗器(包括交流电抗器和直流电抗器)后，即在改善变频器输入电流波形、提高变频器输入电流的功率因数的同时，还有效削弱了变频器输入电流中的高频谐波成分对其他设备的干扰。

2.接入滤波器。辐射能力与频率密切相关，即电磁场的频率越强，辐射能力也越强，因此在串联于变频器的输入和输出电路中，我们可借助滤波器的优势，削弱高频电流干扰。

3.屏蔽电路

屏蔽电路的主要作用是吸收和削弱高频电磁场，主要有以下两种方式：

1.屏蔽主电路。屏蔽主电路主要是通过吸收和削弱的方式降低干扰源向外辐射，在操作时用户应把变频器到电动机之间的连接线尽量穿入金属管内，并将金属管接地。

2.屏蔽控制电路。用户可通过屏蔽线接地的方式，阻止外来干扰信号窜入控制电路。而当测量线和变频器相接时，屏蔽线的屏蔽层可不用接地，只需将其中的一端接至仪器的信号公共端即可。

注：屏蔽线的屏蔽层只能一端接地，切不可两端接地。这是因为控制电路是干扰的受体，当它接近主电路时就会受到高频电磁场的感应干扰。而屏蔽线的屏蔽层的作用则是阻挡主电路的高频电磁场，但它却会在阻挡高频电磁场的同时，因切割高频电磁场而受到感应。所以当屏蔽线的屏蔽层一端接地时，因其无法构成回路即产生不了电流而被用于测试；而当屏蔽线的屏蔽层两端接地时，它却因与控制线构成回路而在控制线内产生干扰电流。

4. 隔离干扰信号

隔离技术主要有电源隔离和信号隔离两种方式，主要用于阻隔已窜入线路的干扰信号。

1.电源隔离。一些耗电量较小的电子与电源设备可通过隔离变压器和电网进行隔离，以防止窜入电网干扰信号进入电子设备。 2.信号隔离。信号隔离是指设法隔离干扰信号，通常在隔离中会使用光耦合器。

5. 设备接地

要知道设备接地不仅是出于安全考虑，还具有把高频干扰信号引入大地的功能。因此在设备接地时，应注意以下几点。

1.接地线应尽量粗一些，接地点应尽量靠近变频器。

2.接地线应尽量远离电源线。 3.变频器所用的接地线必须和其他设备的接地线分开。

4.避免把所有设备的接地线连在一起后再接地。

更多测试测量的解决方案，敬请关注横河测试测量官网（https://tmi.yokogawa.com/cn/）

*参考资料­——电子工业出版社《变频器控制技术》