隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，交流變頻調速的應用越來越廣泛。在各種調速方式中，交流變頻調速技術已被國內(nèi)外公認為是最理想、最有發(fā)展前途的一種調速方式了。當工廠和設備采用交流調速時，在變頻器的電源側和電機側都會產(chǎn)生諧波干擾。一方面當變頻器運行時要防止會受到外界的電磁干擾；另一方面又要防止產(chǎn)生高次諧波干擾外部其他設備，即所謂的“EMC”。
一、什么是EMC？
EMC即是“電磁兼容性”。它是指電氣設備在電磁環(huán)境中良好的工作能力，并且不能產(chǎn)生在此環(huán)境中工作的其它設備所不能接受的電磁干擾。
國際電工委員會（IEC）對電磁兼容性的定義是：“電磁兼容性是電子設備的一種功能，電子設備在電磁環(huán)境中能完成其功能而不產(chǎn)生不能容忍的干擾。”
我國頒布的“電磁兼容性”國家標準中，對電磁兼容性作出如下定義：“設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構成不能承受的電磁干擾”。
顯然，電磁兼容性含有雙重含義：抗干擾性和干擾性。
二、變頻器及電磁兼容性
一般來說，電氣設備必須同時具有對高頻和低頻干擾的抑制能力。其中高頻干擾主要包括靜電放電、脈沖干擾和發(fā)射性頻率的電磁場等；而低頻干擾主要指電源電壓波動、欠壓和頻率不穩(wěn)定等。通常變頻器能夠運行在一個可能存在著較高電磁干擾（EM1）的工業(yè)環(huán)境中，它既是噪聲發(fā)射源，可能又是噪聲接受器。
1、變頻器所受的外部干擾
1） 晶體管換流設備對變頻器的干擾： 當供電網(wǎng)絡內(nèi)有容量較大的
晶閘管換流設備時，由于晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時間導通，容易使網(wǎng)絡電壓出現(xiàn)凹凸（如圖1-1所示）。它使變頻器輸入側的整流電路有可能因此出現(xiàn)較大的反向回復電壓而受到損害。
圖1-1晶閘管換向引起的畸變 圖1-2補償電電容投入時電壓的畸變
2） 補償電容器的投入和切出對變頻器的干擾： 當在供電線路的變電所內(nèi)采用集中電容補償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)時，在補償電容投入和切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值（如圖1-2所示）。其結果是可能使變頻器的整流二極管內(nèi)承受過高的反向電壓而擊穿。
2、變頻器對外部的干擾
1） 變頻器電流波形：變頻器的輸入電流和輸出電流中，都具有較強的高次諧波成分，它們將對其它控制設備形成干擾，影響其它設備的正常工作。
· 輸入電流的波形： 如“交-直-交”電壓型變頻器的輸入側是整流和濾波電路（如圖示2-2所示），只有電源的線電壓U2大于電容兩端的電壓UD時，整流橋中有充電電流。充電電流總是出現(xiàn)在電源電壓的振幅值附近，呈不連續(xù)的沖擊波形式（如圖2-1所示）。它具有很高的奇次諧波成份，特別是5次和7次諧波，如表一（以西門子MM3變頻器為例）。
圖2—1 輸入電流波形 圖2—3輸出電壓波形
輸出電壓與電流的波形: 絕大多數(shù)變頻器的逆變橋都采用PWM調制方式(如圖2—2)，其輸出電壓為占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形波（如圖2-3所示）。
寄生電容Cp存在于電機電纜和電機內(nèi)部，因此變頻器的PWM輸出電壓波形的開關翼部通過寄生電容產(chǎn)生一個高頻脈沖電流Is，使變頻器成為一個諧波干擾源。由于諧波電流Is的產(chǎn)生源是變頻器,因此它一定要流回變頻器。圖中Ze為 大地阻抗,Zn為動力電纜與地之間的阻抗。諧波電流流過此二阻抗所造成的電壓降,將影響到同一電網(wǎng)上的其它設備造成干擾。
表一
圖2—2 變頻器噪聲電流流向
3、 干擾信號的傳播方式
變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成份，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其它設備的干擾信號。大體上說，干擾信號的傳播方式有以下幾種
1）電路耦合方式：即通過電源網(wǎng)絡傳播。
由于輸入電流為非正弦波，當變頻器的容量較大時，將使網(wǎng)絡電壓產(chǎn)生畸變，影響其它設備工作。這是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。
2）感應耦合方式：當變頻器輸入電路或輸出電路與其它設備的電路靠得很近時，變頻器的高次諧波信號將通過感應的方式耦合到其它設備中去。感應的方式有兩種
電磁感應方式：即通過電感而感應。這是電流干擾信號的主要傳播方式。
靜電感應方式：即通過線間電容而感應。這是電壓干擾信號的主要傳播方式。
3）空中幅射方式：即以電磁波的方式向空中幅射，這是頻率較高的諧波含量的主要傳播方式。
4、變頻器的抗干擾措施
1）、電抗器（如圖4-1所示）：在變頻器的輸入回路中，頻率較低的諧波含量（5-11次等）所含的比重較高，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(shù)大為下降。在輸入電路中串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。
圖4-1變頻器中穿入電抗器
交流電抗器（進線電抗器）：串聯(lián)在電源與變頻器輸入側之間（如圖4-1中La），進線電抗器的主要作用如下：
（1）降低變頻器產(chǎn)生的諧波，同時增加電源阻抗。
（2）吸收削弱附近設備產(chǎn)生的浪涌電壓、電流和主電源的電壓尖峰對變頻器的沖擊。
（3）消弱電源電壓不平衡對變頻器的影響
直流電抗器（平波電抗器）：串聯(lián)在整流橋和濾波電容之間(如圖4-1中Ld)，它的功能主要就是削弱逆變器輸入電流中的高次諧波成份，并且可通過抑制諧波電流來提高功率因數(shù)。
2）
濾波器； 在
變頻器的輸入輸出側電路中，除上述較低次的諧波成份外，還有許多頻率較高的諧波電流，它們將以各種方式形成對其他設備的干擾信號，濾波器就是用于削弱頻率較高的諧波分量的方法(如圖4-2所示)。
輸入濾波器：通常有兩種
（1） 線路濾波器：主要由電感線圈構成(如圖4-2中F11所示)。它主要通過增大線路在高頻下的阻抗來削弱頻率較高的諧波電流。
（2） 輻射濾波器：主要由高頻電容構成(如圖4-2中F12所示,也可以△接方式)。它將吸收掉頻率很高的具有輻射能量的諧波成份。使得流回電源的高頻電流大大減少。（也可以采用變頻器生產(chǎn)廠家提供的專用“無線電抗干擾濾波器”）。
輸出濾波器：也主要由電感線圈構成（如圖4-2中F0所示）。它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成份，不但起到抗干擾作用，而且能削弱電機中高次諧波電流引起的附加轉矩。
注：當輸出濾波器由LC電路構成時，濾波器內(nèi)接入電容器的一側，必須與電動機相接。
圖4-3帶有屏蔽電機電纜的噪聲電流流向
3）、使用屏蔽電纜及合理布線： 對通過感應方式傳播的干擾信號可通過下列方式予以消除。
使用屏蔽電機電纜：對于高頻干擾，如果高次諧波干擾電流Is有一條合理的通道，則高頻干擾是可以得到抑制的。如果使用非屏蔽電纜，則高次干擾諧波電流Is以一個不確定的路線流回變頻器，并在此回路中產(chǎn)生高頻分量壓降，影響干擾其它設備。為使高次諧波干擾電流Is能沿確定路線流回變頻器，需要采用屏蔽電機電纜(如圖4-3所示)。電纜屏蔽層必須連接到變頻器外殼和電機外殼上，當高次諧波干擾電流Is必須回變頻器時，屏蔽層形成一條有效的通道。這樣，高次諧波干擾電流就不會在Ze上產(chǎn)生壓降，在Zn上的壓降可由進線電抗干擾濾波器來抑制（如圖4-2中的F12）。
圖4-4使用屏蔽信號電纜增加抗干擾
屏蔽信號電纜增加抗干擾(如圖4-4所示)： 當變頻器作為被干擾對象時，高次諧波干擾電流Is可以通過電勢和耦合電容進入變頻器并且在阻抗Zi上產(chǎn)生一個壓降，導致噪聲干擾。為此最有效的方法是嚴格隔離高頻干擾和信號電纜，并且信號電纜屏蔽一定要在兩端接地。
控制電纜最好使用屏蔽電纜。一般來說，控制電纜的屏蔽層應直接在變頻器的內(nèi)部接地，另一側通過一個高頻小電容（例如3.3nf/3000V）接地。當屏蔽層兩端的差模電壓不高和連接到同一地線上時，也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號線和它的返回線絞在一起，減小感性耦合引起的干擾。絞合越靠近端子越好。模擬信號的傳輸線應使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號線應該獨立走線，有各自的屏蔽層，以減少線間的耦合。不要把不同的模擬信號置于同一個公共反回線。低壓數(shù)字信號最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。
良好的接地及合理的布線：確保柜體中的所有設備接地良好，使用短和粗的接地線連接到公共接地點或接地母排上。特別重要的是，連接到變頻器的任何控制設備要與其共地,同樣也要用短和粗的導線接地。最好采用扁平導體（如金屬網(wǎng)），因其在高頻時阻抗較低。
合理布線也是很重要，模擬信號和數(shù)字信號的傳輸電纜應該分別走線。盡量不要將低壓線與220VAC電源線共用同一電纜。應盡量避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線。
設計
控制柜體時要注意EMC的區(qū)域原則，盡量把不同的設備規(guī)劃在不同的區(qū)域中。
三、結束語
設備的抗干擾性和干擾性是一個很重要的問題，目前EMC已成為系統(tǒng)故障的一個主要原因。EMC的一條準則是“預防是最有效的、最經(jīng)濟的方案”。所以EMC已成為保證變頻設備可靠正常運行的一個不可忽視的重要問題。
