刍议如何抑制变频器的干扰问题

摘 要：随着社会经济和科学技术的快速发展，矿井的数量逐渐增多。通风是矿井生产中十分重要的部分，直接关系到生产的顺利进行和人员的安全。当前矿井通风机中通常会使用变频器，它的作用也是不言而喻的。但是它所产生的干扰问题必须加以注意。文章主要对这方面的内容进行了分析并提出了解决方案，希望能够对我国的矿井发展有积极的作用。

关键词：变频器；干扰；抑制

引言

所谓变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器在有利于矿井通风的同时自身会产生一种电磁干扰，而且随着使用年限的增加，所产生的电磁干扰就越严重，影响到变频调速系统的正常运行，甚至产生矿井事故，所以如何有效抑制变频器干扰的问题已经成为了我们应该思考的问题。

1 变频器系统的主要干扰

具体来看，一种是外部环境对变频器的干扰，主要包括补偿电容器对变频器的干扰和非线性用电设备对变频器的干扰；另一种是变频器对外界环境的干扰，其中包括变频器所产生的充电电流经常会出现在电源电压的振幅值附近并造成不连续的冲击以及变频器的逆变桥输出的电压分布为矩形波并且带有与开关频率相似的高次谐波群，进而产生的辐射干扰很强烈。

2 电磁干扰的传播途径

2.1 电磁辐射

变频器对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞，则辐射强度与干扰信号的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

2.2 电路耦合

通过电源网络传播。由于输入电流为非正弦波，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，这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。

2.3 感应耦合

电磁波辐射能力和干扰源的频率有直接关系，也就是说在干扰源的频率比较低的时候其电磁波辐射能力也比较低，虽然干扰源不能和其他设备相连接，但是其产生的电磁干扰能量还是能通过变频器输入和输出，进而影响其他的导线并产生感应耦合。感应耦合的表现形式是多样的，但是最主要的还是由导体间的电容耦合形式出现，其采用哪种形式出现还和相邻导体之间的联系有直接关系。我们应该关注此种传播模式。

3 变频调速系统的抗干扰对策

3.1 隔离

从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。变频器输入侧的谐波电流常常从电流侧进入各种仪器，成为许多仪器的干扰源。针对此情况，应在受干扰仪器的电源侧采取有效的隔离。方法有电源隔离法和信号隔离法。电源隔离法：即接入隔离变压器，隔离变压器的特点是一、二次绕组的匝数相等，但一、二次侧之间应由金属薄膜进行良好的隔离。一、二次电路中都可接入电容器。信号隔离法：在信号侧接入光电耦合器进行隔离，适用于一些传感器传输线路较长，并采用电流信号的场合。需注意的是：所用光电耦合器应是传输比为1的线性光耦合器；光电耦合器两侧的电容器对传输信号应无衰减作用，即为直流信号时电容量可大些，脉冲信号时则应根据脉冲频率的大小适当选择。

3.2 滤波

滤波是由滤波器产生的，在变频器装置中安装滤波器主要就是为了避免变频器产生的干扰信号干扰到电源，同时还能够有效地减少电磁产生的噪音和设备的损耗。同时为了减少电磁的干扰，还可以在变频器的侧装置中也加入滤波器。如果在电源线中存在着某个敏感的电子设备，还可以在电源线上设置滤波器，也能够起到减少干扰的作用。在变频器的输出和输入电路里，不仅有谐波频率低的，还有部分谐波频率高的，它们也会把能量传导出去，对周围其他的电磁设备产生干扰，滤波器对这种谐波频率高的有比较好的弱化作用。

3.3 屏蔽

当前为了有效的避免泄漏电磁干扰，变频器都是用铁外壳。所以在选择输出线时应该尽量选择钢管，尤其是变频器由外部信号控制的情况下，要求的信号线一般都在二十米范围内，而且信号线还应该和主电路线好控制线分离，一定不能放在同一个线槽中，值得注意的是周围的其他电磁设备也应该进行屏蔽处理，如果效果不是太明显，还应该做好接地处理。

3.4 采用电抗器

由于当前变频器中产生的谐波分量小的情况比较多，这些谐波不仅会影响到自身设备的正常使用，同时由于它们的产生也消耗了自身的无功功率，进而导致变频器的线路使用年限的减少，给企业带来经济损失。为了控制谐波电流，我们可以改善变频器的功率因数，当前采用的方法就是在变频器的输入电流中设置电抗器，就能够有效地解决这个问题。但并不是非得采用电抗器，工作人员应该根据电网的实际情况和变频器的匹配程度来定，多数情况下采用还是可以的。此外，为了减少噪音，可以使用交流电抗器，作用也是一样的。

3.5 合理布线

前面我们提到变频器主要是通过信号进行干扰的，所以可以采用科学合理的布线减少干扰。下面就阐述一下具体的方法。一是在进行布线的时候应该把变频器的电源线和电缆分开，但是如果电路必须和电缆相交的话，最好是采用九十度布线法。二是变频器的输出和输入线应该和电源线有一段距离，避免直接接触也不要平行。三是工作人员应该对所有的电源线和输出输入线进行屏蔽，如果不能屏蔽的部分也应该使用套管，最好是接地。四是保证控制柜中的所有线都能够接地，而且把接地线和公共地线相连，这样才能够保证尽量减少设备的干扰现象发生。此外，作为工作人员应该对布线进行定期检查，也好及时的发现问题，如果问题严重也可以报告上级部门解决。

4 变频器在矿井设备中抗干扰中的应用

4.1 变频器在胶带运输机应用中速度上的控制

重载下起停机对设备驱动不见的冲击影响是很大的，而通过变频器的速度调节功能可减少重载下起停机对设备驱动部件造成的冲击，降低设备故障率。由于矿井原煤煤质的变化，如含水量、灰分量、矸石量等增大，这就造成在生产时每小时的处理量要降低。传统的处理办法是通过减少给煤量，胶带运输机满频运行，设备负荷率、能效低。而采用变频控制胶带机后，通过对输送系统调频来降低转速，降低过煤量，不仅降低了电能的消耗量，实现节能，同时也可减小了设备的无效磨损，降低设备维护成本。

4.2 变频器在给煤机应用中的给料控制

传统给煤机给料量主要是通过调节给煤机上方溜槽上的闸板的开口大小来调节给煤量的大小，这种调节方式费时费力不说，而且给料量的大小不好控制。神东通过对给煤机电机进行变频改造，通过调节给煤机激振电机的频率，从面改变激振力的大小实现给煤机给料量的改变。现在直接可以通过集控室的上位监控软件，就可以快速精确的改变给煤量，同时也避免了现场操作人员的安全隐患问题等。通过神东近几年变频器使用情况来看，变频器节能降耗效果显著，提高了生产系统的自动化程度，减轻了工人的劳动强度，降低设备故障率。但同时变频器对其他电气设备的干扰也日益明显。

5 结束语

变频器是20世纪电气传动领域划时代技术进步的产物，随着变频器的广泛应用，其日益成为最大的电磁污染源。我们应该在肯定变频器优点的同时也要想办法解决变频器的干扰问题，当前有些人已经提出了更为先进的设计和科学的安装方法。随着科学技术的发展这个问题迟早都能够解决，帮助矿井通风机更好地使用。

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