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【摘 要】本文主要介绍了变频器的基本原理和应用特点，阐述了其在应用中对电力系统造成的干扰问题，总结了抑制变频器干扰的措施。
【关键词】变频器；变频调速；谐波；电磁干扰；措施
1、概述
变频器是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置。主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。对变频原理进行分析，根据异步电动机输出转速：n=n1（1—s）=60f（1—s）/p，式中n1为同步转速r/min，f为电源频率Hz，p为磁极对数，s为异步电动机的转差率。由转速公式可以看出，只要设法改变三相交流电机的供电频率f，就能十分方便地改变了电机的转速n。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显，并具有软起动、软停止，简单可编程，易构成自控系统。所以在能源日益紧张的今天变频器的应用已非常广泛，如在电力、化工、机械、冶金等行业。但因变频器由电子元器件、计算机芯片等组成，易受外界的电气干扰，其输入输出侧的电压、电流含有丰富的高次谐波对电力系统其他电气设备产生干扰，如对计算机、自动控制装置、通信设备和无线电产生的干扰等都非常突出。因此，探讨解决变频器应用系统中的干扰问题很有必要。
2、变频器系统对电力系统产生的干扰问题
变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏，有时还会使微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成设备和生产事故。然而要解决变频器的抗干扰问题，首先要了解干扰的来源、传播方式等。
（1） 变频器的干扰来源
变频器的干扰主要包括外界对变频器的干扰和变频器对外界的干扰两种情况。首先外界对变频器的干扰来至：一是直接驱动的电动机产生电磁噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰。二是电网中的谐波使电压、电流产生波形畸变通过变频器的供电电源干扰变频器。三是电网三相电压不平衡造成变频器输入电流发生畸变；四是相线、中线与地线之间的电磁谐波所产生的共模干扰影响变频器的正常工作。其次变频器对外界的干扰来至：由于变频器输入电路通常由二级管全桥整流电路和直流侧电容器等组成，所以输入和输出电流中都含有很多谐波成分，除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，引起电源电压波形的畸变，影响其他设备的工作。
（2） 变频器干扰信号的传播方式
变频器能产生功率较大的谐波，其干扰传播方式与一般电磁干扰一致，主要分传导、感应耦合、电磁辐射。①传导方式是通过电源网络传播，与其相连的导线的阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。这是变频输入电流干扰信号的主要传播方式。②感应耦合方式是当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应方式耦合到其他设备中去，如以导体间电容耦合形式出现，这与干扰源的频率及与相邻导体间距离等因素有关。感应方式有两种：电磁感应方式即电流干扰信号的主要方式；静电感应方式是电压干扰信号的主要方式。③电磁辐射方式是以电磁波方式向空中辐射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。
（3） 变频器干扰对周围电气设备影响
连接变频器的电源系统常常并联有电力电容器、发电机、变压器、电动机等负载，变频器产生的高次谐波电流按着各自的阻抗分配到电源系统和并联负载，使各电器设备受到一定的影响如：①产生谐波时，电容器将流入很大电流，导致过热、增加介电质的应力，甚至损坏电力电容器；②变频器产生的高次谐波电流在同步发电机的激磁绕组中会产生感应电流，引起损耗增加，可能导致电机过热、绝缘降低、寿命缩短；③电流谐波将增加变压器铜损，电压谐波将增加铁损，使变压器温度上升，影响其绝缘能力，变压器绕组及线间电容之间共振也可引起铁心磁通饱和而产生噪声；④谐波会引起电动机附加发热，导致电动机额外温升，影响电动机的绝缘 ；⑤谐波电流不仅在输电线路上产生谐波电压降，而且增加输电线路上的电流有效值，引起附加输电损耗。而谐波电压正比于幅值电压增强介质的电场强度，影响电缆的使用寿命。
3、抑制变频器应用对电力系统干扰的措施
如今变频器的应用对电力系统的干扰问题日益突出，电磁兼容性EMC标准也不是恒定不变的，要解决干扰问题可采用硬件抗干扰和软件抗干扰等措施。一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上常采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
根据我们油田变频调速装置等节能设备的应用情况，我以采油五厂变频调速装置运行现状采取的抗干扰措施加以说明。该厂有各类变频柜：增注泵变频柜、集输系统变频柜、油井变频柜、混输泵变频柜等88台，为适应油田特殊的环境与需求，首先，从设计制造、运行維护到外围设备配套，都有较高的技术要求，一般电气元件选用国内大厂知名产品；主机系统选用日本富士的；外壳有应对极端气候条件下的防护能力及防护措施。采取钢丝滤网、胶皮电缆进入孔密封等措施，各部间隙都进行严格防护。整体防护达到IP44等级。有国家强检3C认证标志。如交流滤波电抗器采用FUJI：OFL/220/4；压力变送器采用罗斯蒙特1151CD；远程智能操作器采用CZK系统等。从设计源头保证了元器件的质量。其次，变频调速设备长期工作在大负荷下，势必产生较高的热量，必须采取高可靠性的通风散热措施。装有两套独立散热系统：由温度控制的主机内散热系统，及由外部控制的柜内散热系统 。同时要求厂家就保证元器件的布局具有良好的散热效果，预留出散热风道。第三，为解决因谐波分量过高，而造成部分电机发热，啸叫情况，采用了无源滤波器，即电容器串联电抗器形成串联谐振，对基波呈容性，电容对基波频率产生无功功率补偿，对谐波形成低阻抗，让谐波流入滤波器，解决了谐波污染问题。第四，对继电器触点接触不良的干扰，采用并联触点或镀金触点继电器或选用密封式继电器。第五，变频器属于精密电力电子设备，长期强制通风散热，必然导致大量的灰尘。据统计近几年以来抢修的变频设备绝大部分是因灰尘、纤维堵塞风道造成主机过热引起电路板烧毁。所以必须对变频器定期维护，如每年春检时将变频器停运进行全面清理除尘等，确保设备运转良好。
4、结速语
以上通过对变频器运行过程中干扰问题的分析，提出了解决问题的实际方法。随着电气自动化水平的不断提高，合理抑制变频器干扰措施越来越受到企业的重视，目前在控制系统中还需要坚持电磁兼容性设计，提高贯彻EMC标准的意识，消除电磁干扰，实现电磁兼容，从根本上提高产品质量与可靠性。
【关键词】变频器；变频调速；谐波；电磁干扰；措施
1、概述
变频器是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置。主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。对变频原理进行分析，根据异步电动机输出转速：n=n1（1—s）=60f（1—s）/p，式中n1为同步转速r/min，f为电源频率Hz，p为磁极对数，s为异步电动机的转差率。由转速公式可以看出，只要设法改变三相交流电机的供电频率f，就能十分方便地改变了电机的转速n。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显，并具有软起动、软停止，简单可编程，易构成自控系统。所以在能源日益紧张的今天变频器的应用已非常广泛，如在电力、化工、机械、冶金等行业。但因变频器由电子元器件、计算机芯片等组成，易受外界的电气干扰，其输入输出侧的电压、电流含有丰富的高次谐波对电力系统其他电气设备产生干扰，如对计算机、自动控制装置、通信设备和无线电产生的干扰等都非常突出。因此，探讨解决变频器应用系统中的干扰问题很有必要。
2、变频器系统对电力系统产生的干扰问题
变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏，有时还会使微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成设备和生产事故。然而要解决变频器的抗干扰问题，首先要了解干扰的来源、传播方式等。
（1） 变频器的干扰来源
变频器的干扰主要包括外界对变频器的干扰和变频器对外界的干扰两种情况。首先外界对变频器的干扰来至：一是直接驱动的电动机产生电磁噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰。二是电网中的谐波使电压、电流产生波形畸变通过变频器的供电电源干扰变频器。三是电网三相电压不平衡造成变频器输入电流发生畸变；四是相线、中线与地线之间的电磁谐波所产生的共模干扰影响变频器的正常工作。其次变频器对外界的干扰来至：由于变频器输入电路通常由二级管全桥整流电路和直流侧电容器等组成，所以输入和输出电流中都含有很多谐波成分，除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，引起电源电压波形的畸变，影响其他设备的工作。
（2） 变频器干扰信号的传播方式
变频器能产生功率较大的谐波，其干扰传播方式与一般电磁干扰一致，主要分传导、感应耦合、电磁辐射。①传导方式是通过电源网络传播，与其相连的导线的阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。这是变频输入电流干扰信号的主要传播方式。②感应耦合方式是当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应方式耦合到其他设备中去，如以导体间电容耦合形式出现，这与干扰源的频率及与相邻导体间距离等因素有关。感应方式有两种：电磁感应方式即电流干扰信号的主要方式；静电感应方式是电压干扰信号的主要方式。③电磁辐射方式是以电磁波方式向空中辐射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。
（3） 变频器干扰对周围电气设备影响
连接变频器的电源系统常常并联有电力电容器、发电机、变压器、电动机等负载，变频器产生的高次谐波电流按着各自的阻抗分配到电源系统和并联负载，使各电器设备受到一定的影响如：①产生谐波时，电容器将流入很大电流，导致过热、增加介电质的应力，甚至损坏电力电容器；②变频器产生的高次谐波电流在同步发电机的激磁绕组中会产生感应电流，引起损耗增加，可能导致电机过热、绝缘降低、寿命缩短；③电流谐波将增加变压器铜损，电压谐波将增加铁损，使变压器温度上升，影响其绝缘能力，变压器绕组及线间电容之间共振也可引起铁心磁通饱和而产生噪声；④谐波会引起电动机附加发热，导致电动机额外温升，影响电动机的绝缘 ；⑤谐波电流不仅在输电线路上产生谐波电压降，而且增加输电线路上的电流有效值，引起附加输电损耗。而谐波电压正比于幅值电压增强介质的电场强度，影响电缆的使用寿命。
3、抑制变频器应用对电力系统干扰的措施
如今变频器的应用对电力系统的干扰问题日益突出，电磁兼容性EMC标准也不是恒定不变的，要解决干扰问题可采用硬件抗干扰和软件抗干扰等措施。一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上常采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
根据我们油田变频调速装置等节能设备的应用情况，我以采油五厂变频调速装置运行现状采取的抗干扰措施加以说明。该厂有各类变频柜：增注泵变频柜、集输系统变频柜、油井变频柜、混输泵变频柜等88台，为适应油田特殊的环境与需求，首先，从设计制造、运行維护到外围设备配套，都有较高的技术要求，一般电气元件选用国内大厂知名产品；主机系统选用日本富士的；外壳有应对极端气候条件下的防护能力及防护措施。采取钢丝滤网、胶皮电缆进入孔密封等措施，各部间隙都进行严格防护。整体防护达到IP44等级。有国家强检3C认证标志。如交流滤波电抗器采用FUJI：OFL/220/4；压力变送器采用罗斯蒙特1151CD；远程智能操作器采用CZK系统等。从设计源头保证了元器件的质量。其次，变频调速设备长期工作在大负荷下，势必产生较高的热量，必须采取高可靠性的通风散热措施。装有两套独立散热系统：由温度控制的主机内散热系统，及由外部控制的柜内散热系统 。同时要求厂家就保证元器件的布局具有良好的散热效果，预留出散热风道。第三，为解决因谐波分量过高，而造成部分电机发热，啸叫情况，采用了无源滤波器，即电容器串联电抗器形成串联谐振，对基波呈容性，电容对基波频率产生无功功率补偿，对谐波形成低阻抗，让谐波流入滤波器，解决了谐波污染问题。第四，对继电器触点接触不良的干扰，采用并联触点或镀金触点继电器或选用密封式继电器。第五，变频器属于精密电力电子设备，长期强制通风散热，必然导致大量的灰尘。据统计近几年以来抢修的变频设备绝大部分是因灰尘、纤维堵塞风道造成主机过热引起电路板烧毁。所以必须对变频器定期维护，如每年春检时将变频器停运进行全面清理除尘等，确保设备运转良好。
4、结速语
以上通过对变频器运行过程中干扰问题的分析，提出了解决问题的实际方法。随着电气自动化水平的不断提高，合理抑制变频器干扰措施越来越受到企业的重视，目前在控制系统中还需要坚持电磁兼容性设计，提高贯彻EMC标准的意识，消除电磁干扰，实现电磁兼容，从根本上提高产品质量与可靠性。