機電專業(yè)畢業(yè)設計--變頻器應用中的干擾及其抑制

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　它以很好的調速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟啟動，可以減少設備和電機的機械沖擊，延長設備和電機的使用壽命。隨著科學技術的高速發(fā)展，變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應用到了工業(yè)控制的各個領域中，如變頻調速在供水、空調設備、過程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調節(jié)精度，減輕了工人的勞動強度

2、，提高了經濟效益，但隨之也帶來了一些干擾問題。     現場的供電和用電設備會對變頻器產生影響，變頻器運行時產生的高次諧波也會干擾周圍設備的運行。變頻器產生的干擾主要有三種：對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無線電等產生的干擾。對計算機和自動控制裝置等電子設備產生的干擾主要是感應干擾；對通信設備和無線電等產生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統(tǒng)無法可靠運行，還會影響其他電

3、子、電氣設備的正常工作。因此有必要對變頻器應用系統(tǒng)中的干擾問題進行探討，以促進其進一步的推廣應用。</p><p><b>　　2變頻器簡介</b></p><p><b>　　2.1變頻器的原理</b></p><p>　　2.1.1變頻器控制電路組成</p><p>　　如下圖所示，控制電路由以

4、下電路組成：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進行放大的驅動電路，以及逆變器和電動機的保護電路。</p><p>　　圖2-1變頻器控制電路</p><p>　　在圖1點畫線內，無速度檢測電路為開環(huán)控制，在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機的速度進行控制更精確的閉環(huán)控制。 </p><p

5、>　　主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。圖2-2是它的結構圖。</p><p>　　圖2-2變頻器主回路結構圖</p><p>　?。?）運算電路將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。</p><p>　?。?）電壓、電流檢測電路</p>&l

6、t;p>　　與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。</p><p><b>　?。?）驅動電路</b></p><p>　　驅動電路是將主控電路中CPU產生的六個PWM信號，經光電隔離和放大后，作為逆變電路的換流器件（逆變模塊）提供驅動信號。</p><p>　　對驅動電路的各種要求，因換流器件的不同而異。圖2-3是較常見的驅動電路（驅動電路

7、電源見圖2-4）。</p><p><b>　　圖2-3驅動電路圖</b></p><p>　　圖2-4驅動電路電源圖</p><p>　　（4）I/0輸入輸出電路</p><p>　　為了變頻器更好人機交互，變頻器具有多種輸入信號的輸入 (比如運行、多段速度運行等)信號，還有各種內部參數的輸出“比如電流、頻率、保護動作

8、驅動等)信號。</p><p><b>　?。?）速度檢測電路</b></p><p>　　以裝在異步電動軸機上的速度檢測器 (TG、PLG等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。</p><p><b>　?。?）保護電路</b></p><p>　　檢測主電路

9、的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。</p><p>　　圖2-5所示的電路是較典型的過流檢測保護電路。由電流取樣、信號隔離放大、信號放大輸出三部分組成</p><p>　　圖2-5電流檢測保護電路</p><p>　　2.1.2自由地改變電機的旋轉速度</p><p&g

10、t;　　圖2-6變頻器控制電機轉速接線圖</p><p>　?。?（1) r/min電機轉速單位：每分鐘旋轉次數，也可表示為rpm，如：4極電機 60Hz 1800r/min，4極電機 50Hz 1500r/min，電機的轉速同頻率成比例。 交流電動機的同步轉速表達式位： n＝60 f(1－s)/p (1) 式中 n——異步電動機的轉速； f——異步電動機的頻率； s——電動機轉差率； p——電動

11、機極對數。 由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節(jié)的電機極數是固定不變的，極數是一個不連續(xù)的數值，為2的倍數。另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調節(jié)后再供給電機，這樣電機的轉速就可以被自由的控制。n=60f/p，其中n為同步速度、f為電源頻率、p為電機極數

12、，改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法。僅改變頻率，電機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題更突出。為防止電機燒毀，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓，例如：為使電機轉速減半，變頻器的輸出頻率必須從60</p><p>　　2.1.3基本概念  （1）VVVF變壓變頻（Variable Voltage and Variable Frequency） （2）CVCF 恒壓恒率（Constant Vo

13、ltage and Constant Frequency） 各國使用的交流供電電源，其電壓和頻率通常均為200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，該設備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC），然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸

14、出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需大量運算的變頻器，有時還需一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。2.1.4變頻器的分類按主電路工作方式，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按開關方式，分為PAM控制型、PWM控制型和高載頻PWM控制型；按工作原理，分為V/f控制型、轉差頻率控制型和矢量控制型等；按用途，分為通用型、</p><p>　　VVVF變頻、矢量控制

15、變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉矩

16、直接作為被控制量來實現的。具體方法是： ——控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現無速度傳感器方式； ——自動識別（ID）依靠精確的電機數學模型，對電機參數自動識別； ——算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉矩、定子磁鏈、轉子速度進行實時控制； ——實現Band—Band控制按磁鏈和轉矩的Band—Band控制產生PWM信號，對逆變器開關狀態(tài)進行控制。 矩陣式交—交變頻具有快速的轉矩響應（<2ms）

17、，很高的速度精度（±2％，無PG反饋），高轉矩精度（<＋3％）；同時還具有較高的起動轉矩及高轉矩精度，尤</p><p>　　2.1.6關于散熱的問題 </p><p>　　變頻器的故障率隨溫度升高而成指數的上升。使用壽命隨溫度升高而成指數的下降。環(huán)境溫度升高10度，變頻器使用壽命將減半。若變頻器帶有直流或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 發(fā)熱量會更大。電抗器安裝在變頻器側

18、面或測上方比較好。如果有制動電阻的話，制動電阻的散熱量很大，安裝位置最好和變頻器隔離開，如裝在柜子上面或旁邊等。</p><p>　?。牻档涂刂乒駜鹊陌l(fā)熱量的方法有以下幾種：</p><p>　?。?1)適當地增加機柜的尺寸。要使控制柜尺寸減小，就必須使機柜中產生的熱量盡可能地減少。如：把變頻器的散熱器部分放到控制柜的外面，將會使70％的發(fā)熱量釋放到機柜的外面，對大容量變頻器更加有效。&l

19、t;/p><p>　?。牐?(2)可以用隔離板把本體和散熱器隔開, 使散熱器散熱不影響變頻器本體。</p><p>　?。牐?(3)變頻器散熱設計中都是以垂直安裝為基礎的，橫放散熱會變差! </p><p>　?。?4)功率稍大的變頻器，都有冷卻風扇。建議在控制柜出風口安裝冷卻風扇，進風口加濾網防灰塵進入控制柜?？刂乒窈妥冾l器風扇都是要的，不能相互替代。</p&g

20、t;<p>　?。牐?(5)在海拔高于1000m的地方，因為空氣密度降低，因此應加大柜子的冷卻風量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應考慮降容，每1000m降低5%。實際上因為設計時變頻器的負載和散熱能力一般比實際使用時要大，所以也要看具體應用。 比方說在1500m的地方，但是周期性負載，如電梯，就不必要降容。 </p><p>　?。?6)開關頻率：變頻器的發(fā)熱主要來自IGBT，IGBT的發(fā)熱又集中

21、在開關的瞬間，開關頻率高時發(fā)熱就大。</p><p><b>　　2.2變頻器的應用</b></p><p>　?。?）注塑機變頻調速控制</p><p>　　注塑過程一般分為以下步驟：鎖?！⑸浔骸勰z加料→冷卻定型→開模頂針。每個步驟的負荷是不同的，采用變頻器對油泵進行控制，可以對應每個步驟輸出相應功率，從而顯著節(jié)約電能，節(jié)電率30~60

22、</p><p>　　下圖為注塑機變頻簡圖</p><p>　　圖2-7注塑機專用變頻圖</p><p>　?。?）全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　通過一臺變頻器同時控制多臺水泵，實現自動恒壓供水，并可附設夜間小泵運行及消防功能。無需水塔、高位水箱、無二次污染，投資小、占地面積少，無需人工維護，運行經濟，高效節(jié)能。</p&g

23、t;<p>　　下圖為變頻恒壓供水系統(tǒng)簡易原理圖：</p><p>　　圖2-8變頻恒壓供水系統(tǒng)簡易原理圖</p><p>　?。?）行車電機變頻調速控制</p><p>　　行車一般有多臺電機，分別控制大車、小車及吊鉤上下，這幾臺電機都可用變頻加以改造。改造后具有以下明顯優(yōu)點：</p><p>　　1）.電機啟動電流小，轉矩大

24、，避免了大電流沖擊，節(jié)電顯著。</p><p>　　2）節(jié)約備件，無需更換接觸器等低壓電器。</p><p>　　3）無需人工維護，可靠性極高。</p><p>　?。?）風機變頻調速改造</p><p>　　傳統(tǒng)的風機、水泵是通過風門檔板或閥門來調節(jié)流量，由于流量與轉速成正比、功率與轉速的3次方成正比。因此采用變頻器通過調節(jié)轉速來調節(jié)流量，

25、其功率（耗電量）會呈3次方下降，節(jié)能效果非常明顯，節(jié)電率可達30~70.</p><p>　?。?）在繞線機上的應用</p><p>　　有啟動平穩(wěn)、啟動力矩大、無級調速的特點，能提高產量、降低故障率。鍋爐風機變頻調速：鍋爐風機包括引風機及鼓風機，一般是通過調節(jié)風門檔板改變送風量、采用變頻器后，可將風門檔板調節(jié)至最大，通過變頻器進行調速。一般節(jié)電率都在40以上。</p>&l

26、t;p>　?。?）空壓機變頻調速</p><p>　　通過一臺變頻器能同時控制多臺空壓機，避免電機空轉耗能，無需專人值守，自動實現恒壓供氣，高效節(jié)能。</p><p>　?。?）中央空調系統(tǒng)中的變頻器應用</p><p>　　采用變頻器對中央空調系統(tǒng)中的冷凍水泵組、冷卻水泵組進行調速，可實現一臺變頻器同時控制多臺水泵，高效節(jié)能，避免了“大馬拉小車”現象，節(jié)電率

27、30~60。同時能實現多點溫、濕度檢測及集中監(jiān)控、達到最佳舒適度控制。（8）變頻調速器廣泛應用的領域</p><p>　　|石化行業(yè)|　|印刷行業(yè)|　|造紙行業(yè)|　|塑料行業(yè)|　|制藥行業(yè)|　|水泥行業(yè)|　|冶金行業(yè)||紡織印染行業(yè)|　|食品飲料行業(yè)|　|卷煙設備|　|電梯行業(yè)|　|輸送設備|.</p><p><b>　　2.3變頻器參數</b></p>

28、;<p>　　變頻器功能參數很多。一般都有數十甚至上百個參數供用戶選擇。實際應用中，沒必要對每一個參數都進行設置和調試，多數只要采用出廠設定值即可。但有些參數由于和實際使用情況有很大關系，且有的還相互關聯，因此要根據實際進行設定和調試。因各類型變頻器功能有差異，而相同功能參數的名稱也不一致，為敘述方便，本文以富士變頻器基本參數名稱為例。由于基本參數是各類型變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。</p>&l

29、t;p>　　(1)加減速時間--加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是指從最大頻率下降到0所需時間。通常用頻率設定信號上升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設定的上升率以防止過電流，減速時則限制下降率以防止過電壓。</p><p>　　加速時間設定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時間設定要點是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓

30、失速而使變頻器跳閘。加減速時間可根據負載計算出來，但在調試中常采取按負載和經驗先設定較長加減速時間，通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加減速設定時間逐漸縮短，以 運轉中不發(fā)生報警為原則，重復操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。</p><p>　?。?）轉矩提升--又叫轉矩補償，是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉矩降低，而把低頻率范圍f/V增大的方法。設定

31、為自動時，可使加速時的電壓自動提升以補償起動轉矩，使電動機加速順利進行。如采用手動補償時，根據負載特性，尤其是負載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉矩負載，如選擇不當會出現低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現象，甚至還會出現電動機帶負載起動時電流大，而轉速上不去的現象。 </p><p>　?。?）電子熱過載保護--本功能為保護電動機過熱而設置。它是變頻器內CPU根據運轉電流值和頻率計算出電動機的溫升，

32、從而進行過熱保護。本功能只適用于“一拖一”場合，而在“一拖多”時，則應在各臺電動機上加裝熱繼電器。</p><p>　　電子熱保護設定值(%)=[電動機額定電流(A)/變頻器額定輸出電流(A)]×100%。 </p><p>　?。?）頻率限制--即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設備的一種保護功

33、能。在應用中按實際情況設定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機，由于輸送物料不太多，為減少機械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅動，并將變頻器上限頻率設定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機運行在一個固定、較低的工作速度上。 </p><p>　　（5）偏置頻率--有的又叫偏差頻率或頻率偏差設定。其用途是當頻率由外部模擬信號(電壓或電流)進行設定時，可用此功能調整頻率設定信號最低時輸出頻率的高低。有的變頻器當頻率

34、設定信號為0%時，偏差值可作用在0～fmax范圍內，有的變頻器(如明電舍、三墾)還可對偏置極性進行設定。如在調試中當頻率設定信號為0%時，變頻器輸出頻率不為0Hz，而為xHz，則此時將偏置頻率設定為負的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。 </p><p>　　（6）頻率設定信號增益----此功能僅在用外部模擬信號設定頻率時才有效。它是用來彌補外部設定信號電壓與變頻器內電壓(+10v)的不一致問題；同時方便模擬設

35、定信號電壓的選擇，設定時，當模擬輸入信號為最大時(如10v、5v或20mA)，求出可輸出f/V圖形的頻率百分數并以此為參數進行設定即可；如外部設定信號為0～5v時，若變頻器輸出頻率為0～50Hz，則將增益信號設定為200%即可。 </p><p>　　（7）轉矩限制----可分為驅動轉矩限制和制動轉矩限制兩種。它是根據變頻器輸出電壓和電流值，經CPU進行轉矩計算，其可對加減速和恒速運行時的沖擊負載恢復特性有顯著改

36、善。轉矩限制功能可實現自動加速和減速控制。假設加減速時間小于負載慣量時間時，也能保證電動機按照轉矩設定值自動加速和減速。</p><p>　　驅動轉矩功能提供了強大的起動轉矩，在穩(wěn)態(tài)運轉時，轉矩功能將控制電動機轉差，而將電動機轉矩限制在最大設定值內，當負載轉矩突然增大時，甚至在加速時間設定過短時，也不會引起變頻器跳閘。在加速時間設定過短時，電動機轉矩也不會超過最大設定值。驅動轉矩大對起動有利，以設置為80～100

37、%較妥。</p><p>　　制動轉矩設定數值越小，其制動力越大，適合急加減速的場合，如制動轉矩設定數值設置過大會出現過壓報警現象。如制動轉矩設定為0%，可使加到主電容器的再生總量接近于0，從而使電動機在減速時，不使用制動電阻也能減速至停轉而不會跳閘。但在有的負載上，如制動轉矩設定為0%時，減速時會出現短暫空轉現象，造成變頻器反復起動，電流大幅度波動，嚴重時會使變頻器跳閘，應引起注意。 </p>&

38、lt;p>　　（8）加減速模式選擇----又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉矩負載，如風機等；S曲線適用于恒轉矩負載，其加減速變化較為緩慢。設定時可根據負載轉矩特性，選擇相應曲線，但也有例外，筆者在調試一臺鍋爐引風機的變頻器時，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動運轉變頻器就跳閘，調整改變許多參數無效果，后改為S曲線后就正常了。究其原因是：起動前引風機由于煙道煙氣流

39、動而自行轉動，且反轉而成為負向負載，這樣選取了S曲線，使剛起動時的頻率上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生，當然這是針對沒有起動直流制動功能的變頻器所采用的方法。 </p><p>　?。?）轉矩矢量控制----矢量控制是基于理論上認為：異步電動機與直流電動機具有相同的轉矩產生機理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場電流和轉矩電流，分別進行控制，同時將兩者合成后的定子電流輸出給電動機。因此，從原理上可

40、得到與直流電動機相同的控制性能。采用轉矩矢量控制功能，電動機在各種運行條件下都能輸出最大轉矩，尤其是電動機在低速運行區(qū)域。</p><p>　　現在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制，由于變頻器能根據負載電流大小和相位進行轉差補償，使電動機具有很硬的力學特性，對于多數場合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設置速度反饋電路。這一功能的設定，可根據實際情況在有效和無效中選擇一項即可。</p><p&g

41、t;　　與之有關的功能是轉差補償控制，其作用是為補償由負載波動而引起的速度偏差，可加上對應于負載電流的轉差頻率。這一功能主要用于定位控制。 </p><p>　?。?0）節(jié)能控制----風機、水泵都屬于減轉矩負載，即隨著轉速的下降，負載轉矩與轉速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設計有專用V/f模式，這種模式可改善電動機和變頻器的效率，其可根據負載電流自動降低變頻器輸出電壓，從而達到節(jié)能目的，可根據具體

42、情況設置為有效或無效。</p><p>　　要說明的是，（9）、（10）這兩個參數是很先進的，但有一些用戶在設備改造中，根本無法啟用這兩個參數，即啟用后變頻器跳閘頻繁，停用后一切正常。究其原因有：(1)原用電動機參數與變頻器要求配用的電動機參數相差太大。(2)對設定參數功能了解不夠，如節(jié)能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。(3)啟用了矢量控制方式，但沒有進行電動機參數的手動設定和自動讀取工

43、作，或讀取方法不當。</p><p>　　3　變頻調速系統(tǒng)的主要干擾源及其危害</p><p>　　3.1　主要電磁干擾源</p><p>　　電磁干擾也稱電磁騷擾 （EMI），是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過電路傳導和以場的形式傳播的。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波會對同一電網的其他電子、電氣設備產生諧波干擾。另外，

44、變頻器的逆變器大多采用PWM技術，當其工作于開關模式并作高速切換時，產生大量耦合性噪聲。因此，變頻器對系統(tǒng)內其他的電子、電氣設備備、過程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調節(jié)精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益，但隨之也帶來了一些干擾問題?，F場的供電和用電設備會對變頻器產生影響，變頻器運行時產生的高次諧波也會干擾周圍設備的運行。變頻器產生的干擾主要有三種：對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無線電等產生的干擾。對計算機和自動控

45、制裝置等電子設備產生的干擾主要是感應干擾；對通信設備和無線電等產生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統(tǒng)無法可靠運行，還會影響其他電子、電氣設備的正常工作。因此有必要對變頻器應用系統(tǒng)中的干擾問題進行探討，以促進其進一步的推廣應用。下面主要討論變頻器來說是一個電磁干擾源。另一方面，電網中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電</p><p>　　3.2　電磁干擾的途徑</p><p&

46、gt;　　變頻器能產生功率較大的諧波，對系統(tǒng)其他設備干擾性較強。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分電磁輻射、傳導、感應耦合。具體為：①對周圍的電子、電氣設備產生電磁輻射；②對直接驅動的電動機產生電磁噪聲，使得電動機鐵耗和銅耗增加，并傳導干擾到電源，通過配電網絡傳導給系統(tǒng)其他設備；③變頻器對相鄰的其他線路產生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統(tǒng)內的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。下面分別加以分析。</p&

47、gt;<p><b>　?。?）電磁輻射</b></p><p>　　變頻器如果不是處在一個全封閉的金屬外殼內，它就可以通過空間向外輻射電磁波。其輻射場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對接入同一電網的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術，當根據給定頻率和幅值指令產生

48、預期的和重復的開關模式時，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且?guī)в信c開關頻率相應的高次諧波群。高載波頻率和場控開關器件的高速切換（dv/dt可達1kV/μs以上）所引起的輻射干擾問題相當突出。</p><p>　　當變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強度與干擾信號的波長有關，當孔洞的大小與電磁波的波長接近時，會形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會干擾

49、變頻器的正常工作。</p><p><b>　　（2）傳導</b></p><p>　　上述的電磁干擾除了通過與其相連的導線向外部發(fā)射，也可以通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。與輻射干擾相比，其傳播的路程可以很遠。比較典型的傳播途徑是：接自工業(yè)低壓網絡的變頻器所產生的干擾信號將沿著配電變壓器進入中壓網絡，并沿著其它的配電變壓器最終又進入民用低壓配電網絡，使

50、接自民用配電母線的電氣設備成為遠程的受害者。</p><p><b>　　（3）感應耦合</b></p><p>　　感應耦合是介于輻射與傳導之間的第三條傳播途徑。當干擾源的頻率較低時，干擾的電磁波輻射能力相當有限，而該干擾源又不直接與其它導體連接，但此時的電磁干擾能量可以通過變頻器的輸入、輸出導線與其相鄰的其他導線或導體產生感應耦合，在鄰近導線或導體內感應出干擾電流

51、或電壓。感應耦合可以由導體間的電容耦合的形式出現，也可以由電感耦合的形式或電容、電感混合的形式出現，這與干擾源的頻率以及與相鄰導體的距離等因素有關。</p><p>　　3.3變頻器干擾的危害</p><p>　　變頻器干擾主要有：一是變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件，其產生的諧波對電網將產生傳導干擾，引起電網電壓畸變（電壓畸變率用THDv表示，變頻器產生諧波引起的T

52、HDv在10~40%左右），影響電網的供電質量；二是變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等開關器件，在輸出能量的同時將在輸出線上產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊電器的正常工作。</p><p>　　3.3.1諧波和電磁輻射對電網及其它系統(tǒng)的危害</p><p>　?。?）諧波使電網中的電器元件產生了附加的諧波損耗，降低了輸變電及用電設備的效率。</p><p>　　

53、（2）諧波可以通過電網傳導到其它的用電器，影響了許多電氣設備的正常運行，比如諧波會使變壓器產生機械振動，使其局部過熱，絕緣老化，壽命縮短，以至于損壞；還有傳導來的諧波會干擾電器設備內部軟件或硬件的正常運轉。</p><p>　?。?）諧波會引起電網中局部的串聯或并聯諧振，從而使諧波放大。</p><p>　?。?）諧波或電磁輻射干擾會導致繼電器保護裝置的誤動作，使電氣儀表計量不準確，甚至無

54、法正常工作。</p><p>　　（5）電磁輻射干擾使經過變頻器輸出導線附近的控制信號、檢測信號等弱電信號受到干擾，嚴重時使系統(tǒng)無法得到正確的檢測信號，或使控制系統(tǒng)紊亂。</p><p>　　一般來講，變頻器對電網容量大的系統(tǒng)影響不十分明顯，這也就是諧波不被大多數用戶重視的原因。但對系統(tǒng)容量小的系統(tǒng)，諧波產生的干擾就不能忽視。</p><p>　　3.3.2有關諧波

55、的國際及國家標準</p><p>　　現行的有關標準主要有：國際標準IEC61000-2-2，IEC61000-2-4，歐洲標準EN61000-3-2，EN61000-3-12，國際電工學會的建議標準IEEE519-1992，中國國家標準GB/T14549-93《電能質量共用電網諧波》。下面分別做簡要介紹：</p><p><b>　　1.國際標準</b></p

56、><p>　　IEC61000-2-2標準適用于公用電網，IEC61000-2-4標準適用于廠級電網，這兩個標準規(guī)定了不給電網造成損害所允許的諧波程度，它們規(guī)定了最大允許的電壓畸變率THDv。</p><p>　　IEC61000-2-2標準規(guī)定了電網公共接入點處的各次諧波電壓含有的THDv約為8%。</p><p>　　IEC61000-2-4標準分三級。第一類對諧波

57、敏感場合（如計算機、實驗室等）THDv為5%；第二類針對電網公共接入點和一部分廠內接入點THDv為8%；第三類主要針對廠內接入點THDv為10%。</p><p>　　以上兩個標準還規(guī)定了電器設備所允許產生諧波電流的幅值，前者主要針對16A以下，后者主要針對16A到64A。</p><p>　　IEEE519-1992標準是個建議標準，目標是將單次THDv限制在3%以下，總THDv限制在5

58、%以下。</p><p><b>　　2.國內標準</b></p><p>　　GB/T14549-93中規(guī)定，公用電網諧波電壓（相電壓）限值為380V（220V）電網電壓總THDv為5%，各次諧波電壓含有率奇次為4%，偶次為2%。</p><p>　　由以上標準看來，一般單次電壓畸變率在3~6%，總電壓畸變率在5~8%的范圍內是可以接受的&l

59、t;/p><p><b>　　4　抗電干擾的措施</b></p><p>　　據電磁性的基本原理，形成電磁干擾（EMI）須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統(tǒng)等三個要素。為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)對干擾

60、信號的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。</p><p>　　4.1 在工程上采用抗干擾的措施</p><p>　?。?）隔離：所謂干擾的隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發(fā)生電的聯系。在變頻調速傳動系統(tǒng)中，通常是在電源和放大器電路之間的電源線上采用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。</p><

61、p>　?。?）濾波：設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導干擾到電源及電動機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設置輸出濾波器。為減少對電源的干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設備，可在電源線上設置電源噪聲濾波器，以免傳導干擾。下圖為抗干擾濾波器的接線圖：</p><p>　　圖4-1抗干擾濾波器的接線圖</p><p>　?。?）屏蔽：屏

62、蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏。輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般為20m以內），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線槽內，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。</p><p>　　（4）接地：實踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可

63、在很大程度上抑制內部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。變頻器的接地方式有多點接地、一點接地及經母線接地等幾種形式，要根據具體情況采用，要注意不要因為接地不良而對設備產生干擾。</p><p>　　單點接地指在一個電路或裝置中，只有一個物理點定義為接地點。在低頻下的性能好；多點接地是指裝置中的各個接地點都直接接到距它最近的接地點。在高頻下的性能好；混合接地是根據信號頻率和接地線長度，系統(tǒng)采用單點

64、接地和多點接地共用的方式。變頻器本身有專用接地端子PE端，從安全和降低噪聲的需要出發(fā)，必須接地。既不能將地線接在電器設備的外殼上，也不能接在零線上?？捎幂^粗的短線一端接到接地端子PE端，另一端與接地極相連，接地電阻取值<100Ω，接地線長度在20m以內，并注意合理選擇接地極的位置。當系統(tǒng)的抗干擾能力要求較高時，為減少對電源的干擾，在電源輸入端可加裝電源濾波器。為抑制變頻器輸入側的諧波電流，改善功率因數，可在變頻器輸入端加裝交流電抗

65、器，選用與否可視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網允許的畸變程度而定，一般情況下采用為好。為改善變頻器輸出電流，減少電動機噪聲，可在變頻器輸出端加裝交流電抗器。下圖為變頻器的接地示意圖：</p><p>　　圖4-2變頻器的接地示意圖</p><p><b>　　4.2正確安裝</b></p><p>　　由于變頻器屬于精密的功率電力電子產

66、品，其現場安裝工藝的好壞也影響著變頻器的正常工作。正確的安裝可以確保變頻器安全和無故障運行。變頻器對安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用手冊規(guī)定溫度范圍為最低溫度-10℃，最高溫度不超過50℃；變頻器的安裝海拔高度應小于1000m，超過此規(guī)定應降容使用；變頻器不能安裝在經常發(fā)生振動的地方，對振動沖擊較大的場合，應采用加橡膠墊等防振措施；不能安裝在電磁干擾源附近；不能安裝在有灰塵、腐蝕性氣體等空氣污染的環(huán)境；不能安裝在潮濕環(huán)境中，如潮濕管道下

67、面，應盡量采用密封柜式結構，并且要確保變頻器通風暢通，確?？刂乒裼凶銐虻睦鋮s風量，其典型的損耗數一般按變頻器功率的3%來計算柜中允許的溫升值。安裝工藝要求如下：</p><p>　?。?）確保控制柜中的所有設備接地良好，應該使用短、粗的接地線（最好采用扁平導體或金屬網，因其在高頻時阻抗較低）連接到公共地線上。按國家標準規(guī)定，其接地電阻應小于4歐姆。另外與變頻器相連的控制設備（如PLC或PID控制儀）要與其共地。&

68、lt;/p><p>　?。?）安裝布線時將電源線和控制電纜分開，例如使用獨立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉，應成90°交叉布線。</p><p>　　（3）使用屏蔽導線或雙絞線連接控制電路時，確保未屏蔽之處盡可能短，條件允許時應采用電纜套管。</p><p>　?。?）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

69、抑制器，如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的，這一點特別重要。 </p><p>　　（5）用屏蔽和鎧裝電纜作為電機接線時，要將屏蔽層雙端接地。</p><p>　?。?）如果變頻器運行在對噪聲敏感的環(huán)境中，可以采用RFI濾波器減小來自變頻器的傳導和輻射干擾。為達到最優(yōu)效果，濾波器與安裝金屬板之間應有良好的導電性。</p><p>　　4.3采用電抗器 變

70、頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其他設備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數大為下降。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據接線位置的不同，主要有以下兩種：（1）輸出電抗器 串聯在電源與變頻器的輸入側之間。其主要功能有：a、 通過抑制諧波電流，將功率因數提高至（0.75-0.85）；b、 削弱輸入電

71、路中的浪涌電流對變頻器的沖擊；c、 削弱電源電壓不平衡的影響。</p><p>　?。?）直流電抗器 串聯在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，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有效，可達0.95，并具有結構簡單、體積小等優(yōu)點。</p><p>　　圖4-3電抗器接線圖</p><p>　　4.4減少變頻器諧波及電磁輻射對設備

72、干擾的方法</p><p>　　上面介紹的方法是減少變頻器工作時對外設備的影響，但并不是消除了變頻器的對外干擾，如果想進一步提高其它設備對變頻器諧波和電磁輻射的免疫能力，尤其是在變頻器（品牌不同，產生的干擾程度可能不一樣）干擾較嚴重的場合中常用的方法通常有以下幾種：</p><p>　　4.4.1使用隔離變壓器</p><p>　　使用隔離變壓器主要是應對來自于電源

73、的傳導干擾。使用具有隔離層的隔離變壓器，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時還可以兼有電源電壓變換的作用。隔離變壓器常用于控制系統(tǒng)中的儀表、PLC，以及其它低壓小功率用電設備的抗傳導干擾。</p><p>　　4.4.2使用濾波模塊或組件</p><p>　　目前市場中有很多專門用于抗傳導干擾的濾波器模塊或組件，這些濾波器具有較強的抗干擾能力，同時還具有防止用電器本身的干擾傳

74、導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能，對各類用電設備有很多好處。</p><p>　　常用的為雙孔磁芯濾波器的結構。還有單孔磁芯的濾波器，其濾波能力較雙孔的弱些，但成本較低。</p><p>　　4.4.3選用具有開關電源的儀表等低壓設備</p><p>　　一般開關電源的抗電源傳導干擾的能力都比較強，因為在開關電源的內部也都采用了有關的濾波器。因此在選用控制系統(tǒng)的

75、電源設備，或者選用控制用電器的時候，盡量采用具有開關電源類型的。</p><p>　　4.4.4作好信號線的抗干擾</p><p>　　信號線承擔著檢測信號和控制信號的傳輸任務，毋庸置疑，信號傳輸的質量直接影響到整個控制系統(tǒng)的準確性、穩(wěn)定性和可靠性，因此做好信號線的抗干擾是十分必要的。</p><p>　　對于信號線上的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有常態(tài)干擾和共模

76、干擾兩種。</p><p>　?。?）常態(tài)干擾的抑制</p><p>　　常態(tài)干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號，這種干擾大多是頻率較高的交變信號，其來源一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有：</p><p>　　1）在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器。</p><p>　　2）盡量采用雙積分式A/D轉換器，由于這種積分器工作的特點，具有一

77、定的消除高頻干擾的作用。</p><p>　　3）將電壓信號轉換成電流信號再傳輸的方式，對于常態(tài)的干擾有非常強的抑制作用。</p><p>　　（2）共模干擾的抑制</p><p>　　共模干擾是指信號線上共有的干擾信號，一般是由于被測信號的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在一定的電位差所制，這種干擾在兩條信號線上的周期、幅值基本相等，所以采用上面的方法無法消除或抑制。對

78、共模干擾的抑制方法如下：</p><p>　　1）采用雙差分輸入的差動放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比。</p><p>　　2）把輸入線絞合，絞合的雙絞線能降低共模干擾，由于改變了導線電磁感應e的方向，從而使其感應互相抵消。</p><p>　　3）采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾。</p><p>　　4）使用屏蔽線時，屏蔽層只

79、一端接地。因為若兩端接地，由于接地電位差在屏蔽層內會流過電流而產生干擾，因此只要一端接地即可防止干擾。</p><p>　　無論是為了抑制常態(tài)干擾還是抑制共模干擾，都還應該做到以下幾點：</p><p>　?。?）輸入線路要盡量短。</p><p>　　（2）配線時避免和動力線接近，信號線與動力線分開配線，把信號線放在有屏蔽的金屬管內，或者動力線和信號線分開距離要在

80、40cm以上。</p><p>　?。?）為了避免信號失真，對于較長距離傳輸的信號要注意阻抗匹配。</p><p><b>　　5　變頻控制系統(tǒng)</b></p><p>　　5.1變頻控制系統(tǒng)設計中應注意的問題</p><p>　　除了前面討論的幾點以外，在變頻器控制系統(tǒng)設計與應用中還要注意以下幾個方面的問題。</

81、p><p>　?。?）在設備排列布置時，應該注意將變頻器單獨布置，盡量減少可能產生的電磁輻射干擾。在實際工程中，由于受到房屋面積的限制往往不可能有單獨布置的位置，應盡量將容易受干擾的弱電控制設備與變頻器分開，比如將動力配電柜放在變頻器與控制設備之間。</p><p>　?。?）變頻器電源輸入側可采用容量適宜的空氣開關作為短路保護，但切記不可頻繁操作。由于變頻器內部有大電容，其放電過程較為緩慢，

82、頻繁操作將造成過電壓而損壞內部元件。</p><p>　　（3）控制變頻調速電機啟/停通常由變頻器自帶的控制功能來實現，不要通過接觸器實現啟/停。否則，頻繁的操作可能損壞內部元件。 </p><p>　?。?）盡量減少變頻器與控制系統(tǒng)不必要的連線，以避免傳導干擾。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分開。由于控制系統(tǒng)及變頻器均需要24Ｖ直流電源，而生產廠家為了節(jié)省一個

83、直流電源，往往用一個直流電源分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)產生傳導干擾，所以在設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。</p><p>　?。?）注意變頻器對電網的干擾。變頻器在運行時產生的高次諧波會對電網產生影響，使電網波型嚴重畸變，可能造成電網電壓降很大、電網功率因數很低，大功率變頻器應特別注意。解決的方法主要有采用無功自動補償裝置以調節(jié)功率因數，同時

84、可以根據具體情況在變頻器電源進線側加電抗器以減少對電網產生的影響，而進線電抗器可以由變頻器供應商配套提供，但在訂貨時要加以說明。</p><p>　?。?）變頻器柜內除本機專用的空氣開關外，不宜安置其它操作性開關電器，以免開關噪聲入侵變頻器，造成誤動作。</p><p>　?。?）應注意限制最低轉速。在低轉速時，電機噪聲增大，電機冷卻能力下降，若負載轉矩較大或滿載，可能燒毀電機。確需低速運

85、轉的高負荷變頻電機，應考慮加大額定功率，或增加輔助的強風冷卻。</p><p>　?。?）注意防止發(fā)生共振現象。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機轉矩中含有脈動分量，有可能造成電機的振動與機械振動產生共振，使設備出現故障。應在預先找到負載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設置，躲開共振頻率點。</p><p>　　5.2變頻器的控制方式今后的幾個發(fā)展方面</p>&l

86、t;p>　?。犠冾l器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。當今的運動控制系統(tǒng)是包含多種學科的技術領域，總的發(fā)展趨勢是：驅動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數字化、智能化和網絡化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。 經歷大約30年的研發(fā)與應用實踐，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而廠家仍然在不斷地提高

87、可靠性實現變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響，二要看對電網的諧波污染和輸入功率因數，三要看本身的能量損耗（即效率）如何？這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述它的發(fā)展趨勢： （1）主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化，開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低。 （2）變頻器主電路的拓撲結構方面變頻器的網側變流器對低壓小容

88、量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　以上通過對變頻器原理的分析，以及各個分支電路圖的原理入手，然后在從變頻器的應用上舉例，再由變頻器的參數分析，最后運行過程中存在的干擾問題的分析，提出了解決這些問題的實

89、際方法。隨著新技術和新理論不斷在變頻器上的應用，變頻器應用存在的這些問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。隨著工業(yè)現場和社會環(huán)境對變頻器的要求不斷提高，滿足實際需要的真正“綠色”變頻器不久也會面世</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　在我做畢業(yè)設計，完成畢業(yè)論文的自始至終得到了老師的悉心指導和熱情關懷。老師淵博的知識、高尚的品格、嚴謹的

90、治學態(tài)度感染了我。不但在做學問上，更在為人上讓我受益匪淺。在此，謹此向張老師表示最衷心的感謝和最誠摯的敬意。</p><p>　　本次畢業(yè)設計中，得到了學院和實驗室很多老師的悉心教導與資料提供，得到了同學、室友的熱情幫助和支持，使我能順利完成畢業(yè)設計，我對他們表示衷心感謝。</p><p>　　最后，感謝所有給我指導、關心、幫助和支持的人們.</p><p><

91、;b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 韓安榮.通用變頻器及其應用（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　2 吳忠智，吳加林，變頻器應用手冊[Z].北京： 機械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　3 王定華等.電磁兼容性原理與設計[M].四川：電子科技大學出版社，1995</p><

92、;p>　　4 電磁兼容性術語（GB/T4365 1995）[S].北京：中國標準出版社，1996</p><p>　　5 張宗桐.變頻器及其裝置的EMC要求[J.，變頻器世界，2000，（9）</p><p>　　6 鄭旭東，關鴻權，吳赤兵.通用變頻器運行過程中存在的問題及對策[J].石化技術，2001</p><p><b>　　目錄</b&

93、gt;</p><p><b>　　一 緒論</b></p><p><b>　　二 變頻器簡介</b></p><p><b>　　2.1變頻器的原理</b></p><p>　　2.1.1變頻器控制電路組成</p><p>　　2.1.2自由地改變電

94、機的旋轉速度</p><p><b>　　2.1.3基本概念</b></p><p>　　2.1.4變頻器的分類</p><p>　　2.1.5變頻器中常用的控制方式</p><p>　　2.1.6關于散熱的問題 </p><p><b>　　2.2變頻器的應用</b><

95、;/p><p><b>　　2.3變頻器參數</b></p><p>　　三 變頻調速系統(tǒng)的主要干擾源及其危害</p><p>　　3.1　主要電磁干擾源</p><p>　　3.2　電磁干擾的途徑</p><p>　　3.3變頻器干擾的危害</p><p>　　3.3.1諧波

96、和電磁輻射對電網及其它系統(tǒng)的危害</p><p>　　3.3.2有關諧波的國際及國家標準 </p><p><b>　　四 抗電干擾的措施</b></p><p>　　4.1 在工程上采用抗干擾的措施</p><p><b>　　4.2正確安裝</b></p><p>　　4

97、.3采用電抗器 </p><p>　　4.4減少變頻器諧波及電磁輻射對設備干擾的方法</p><p>　　4.4.1使用隔離變壓器</p><p>　　4.4.2使用濾波模塊或組件</p><p>　　4.4.3選用具有開關電源的儀表等低壓設備</p><p>　　4.4.4作好信號線的抗干擾

98、</p><p><b>　　五　變頻控制系統(tǒng)</b></p><p>　　5.1變頻控制系統(tǒng)設計中應注意的問題</p><p>　　5.2變頻器的控制方式今后的幾個發(fā)展方面</p><p><b>　　六 結束語 </b></p><p><b>　　七 謝