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摘要：变频器对其相关电磁环境下的污染越来越严重，已经有许多事故案例。变频器谐波次数通常为6n±1次高次谐波，这些谐波一般通过电路耦合传导、电磁辐射和感应耦合三种方式，对电源及邻近的用电设备产生谐波污染。针对集输大队各装置自动化控制系统受变频系统干扰进行了专项调查测试，并提出了多种抑制干扰的参考方案。
关键词：变频系统；谐波干扰；危害；抑制
一、变频系统干扰的调查
在电动机的各种调速方式中，变频器调速系统具有高效、节能和自动化程度高的突出优点。这种调速系统功率因数高、启动平稳、調节范围宽，已经成为节约能源、改善机械设备特性和智能控制迅速发展的高技术之一。大北站大型电机基本都采用变频调速，截止到2005年9月底为止，集输大队已经拥有107台各种变频器，成为节能降耗和提高自动化管理水平的重要手段。
随着计算机、PLC可编程微处理器、自动化控制仪器仪表以及其它电力电子设备应用越来越多。在变频使用环境中，经常出现一些异常现象，甚至发生设备不明原因损坏事故。经调查，溶剂油厂化验室蒸馏仪曾出现过调温电压表指针大幅摆动现象，使加热温度失控，化验的油品突沸，无法进行馏程测定，最终导致馏程仪核心电路板损坏报废。后经实验研究证实是由于在同一电源内使用的变频器干扰所致。在装置使用的屏蔽电泵上，有一种动态监测轴承磨损程度的TRG仪表，由于所用的变频器谐波干扰，使其读数发生错误，造成检测失误，导致电泵转子磨损超标。大北集油站1#导热油炉微电脑控制单元有时出现程序紊乱现象，经常不明原因停机或重启，于2004年检修时更新主板，2005年最终报废更换为PLC智能控制。经分析是电路抗干扰能力差，与同一配电室附近使用的变频器谐波干扰有关。大北集油站原油稳定装置工控机（FOCS）经常出现通讯错误，各生产参数数据静止不刷新，而且平均一个月发生1-2次死机现象。虽经有关单位技术人员多次检查维修故障仍然存在，也不能排除受变频器谐波干扰的可能。
据调查，有些单位采用一套变频控制两台机泵，原来的自藕降压启动工频运行，从而实现压力或排量的调节功能。但是输出电缆和电机发热，严重时发生保护跳闸，其实这是典型的谐波电流产生附加功耗的现象。还有一单位的一台刚投产的锅炉，由于温度保护装置不明原因失控，造成价值数十万元的设备烧坏而报废，经分析除设备自身质量原因外，还有可能与变频器高次谐波干扰有关。
有资料显示，随着电气电子自动化的大量使用，变频器系统对其相关电磁环境下的污染也越来越严重，已经发生许多事故案例，其潜在的威胁将直接影响到设备和装置的安全运行。
二、变频系统干扰分析
目前通用的变频器是采用TGBT（绝缘栅型三极管）元件和PWM（脉冲宽度调制）方波控制的交、支流逆变电路，在输入/输出的电压和电流中，其波形可按傅立叶级数分解为基波和高次谐波，谐波次数通常为6n±1次高次谐波。这些谐波一般通过电路耦合（传导）、电磁辐射和感应耦合三种方式，对电源及邻近的用电设备产生谐波污染。
由电路耦合的变频系统干扰，主要是在同一台电源变压器供电网内，通过电路网络传播。由于电源电流为非正弦波，使电压波形产生畸变，从而影响其它在线的设备不能正常工作。同时也使其拖带的电动机铜损、铁损、噪音增加，温升提高，功率和寿命降低，进而使电机绝缘介质加速老化，使电机的运转特性变坏。在使用同一个接地系统的情况下，也会产生谐波的耦合干扰。
变频干扰的感应耦合方式，是当变频器输出/输出电路与其它设备电路距离比较接近时，由导体间的互感交链到二次回路，高次谐波通过电磁感应的方式耦合，这种耦合包括电流干扰产生的电磁感应和电压干扰产生的静电感应，当一次回路暂态电流突变及频率很高时，感应耦合干扰就越严重。这种干扰主要影响相邻的信号传输，如测量数据不准确、动作不可靠等，谐波对继电保护装置的干扰危害尤为严重。
电磁辐射是变频器的高频谐波分量向空中辐射的电磁波，主要对无线电设备产生噪音干扰。
变频器谐波干扰途径见图2所示。
由于变频器的自身电路特性，以目前的技术水平来看，其高次谐波是很难完全消除的。但是，通过现场试验表明，如果采取的技术措施得当，变频系统干扰是能够有效抑制的。
三、变频系统干扰抑制方案（见图3变频系统电路原理图）
（一）在变频器电源输入侧安装AC电抗器
a.作用：抑制变频器输入侧电路干扰，改善功率因数。
b.使用环境：
1.电源变压器容量较大；
2.在同一电源上有晶闸管负载，例如可控硅调温、调速、调光等；
3.在同一电源上带有ON/OFF控制的功率因数补偿电容器；
4.电源三相电压不平衡度υ大于3%。
υ（%）=
式中：
：三相最大电压值；
：三相最小电压值；
：三相电压平均值。
（二）在变频器电源输出侧安装高频电抗器
a.作用：具有对无线电波干扰的抑制性，可以减弱对空间无线电或其它电子设备的噪声干扰。
b.使用环境：对周边空间的无线电或其它电子设备有噪声干扰。
（三）在变频器的P1、P（+）端子上连接DC电抗器
a.作用：改善电路波形，提高功率因数。
b.使用环境：变频器功率较大，功率因数较低。
一般情况下，变频器在出厂时其P1、P（+）端子是被短接的，安装DC电抗器时换下短接件即可。
（四）对变频器进行良好的接地
变频器上的E或G端子必须用专用的接地线进行可靠的良好接地，此外设备的金属外壳、框架等都要有效接地。
（五）变频系统外围电路相关环境干扰的抑制措施 1.变频器的输入/输出电线，必须使用铠装电缆货穿钢管布线，并与其它电线放开铺设。
2.将不同种类的信号线隔离铺设（按抗干扰级别区分）。模拟信号、低平开关信号线路要用屏蔽线双铰连接。模拟信号应单独占用穿线管或隔离电缆槽。低平开关信号线路、数据通信线路不可以和动力线以及大负载的信号线平行铺设在一起。
3.计算机控制系统中开关量信号可以考虑用光电耦合器件进行隔离，必要时也可采用光缆进行数据传输。另外直流信号要比其它信号抗干扰能力好。
4.系统电源零线（中性线）、地线（保护接地）最好分开铺设和接线。控制系统的信号相屏蔽地和主电路的导线屏蔽地也应放开接入。
5.安仪表和安全栅接地方式也因应考虑抑制干扰问题。对齐纳安全栅，考虑干扰于防爆性，应使D、B二个接点处于同电位。
四、受干扰的用电设备的二次抗扰方案
在与变频器统一电源网络或相关电路空间环境中的用电设备，由于干扰源强度和自身抗干扰能力的不同，所受到的谐波影响程度也不同。为了安全起见，除变频系统采用上述隔离、屏蔽、接地和合理布线等抑制高次谐波干扰方法外，自身也应当采取一定的二次抗扰措施，如二次滤波、电涌吸收、杂波旁路灯回避和疏导技术，如果选用得当，可以替代笨重且成本昂贵的硬件，会收到事半功倍的效果。
下面给出二次抗扰的几种方案：
1、高频电容滤波器
这是一种应用最为广泛且简单有效的高频旁路式滤波电路。将其并联在电子设备电源变压器的交流输入和输出电路上即可。整流开关电源也可以使用该滤波电路。
2、高频电感滤波器
这种滤波器由高頻磁芯和线圈组成，串联接在电源变压器的或整流开关电源的交流输入端电路上。
3、π式滤波器
这是一种有高频电容和高频电感线圈组成的π形滤波电路，一般可以接在整流滤波电路上。在负载较小的整流滤波电路上可以用RC阻容式π形滤波电路代替。
4、杂波屏蔽器
a.一种是屏蔽层，一般是用金属箔膜开环绕在电源变压器初级线圈外，通过引出线接地。
b.第二种是屏蔽罩，一般是用金属盒子罩在对干扰敏感的电路区域上，金属盒子线接地。
5、吸收器
a.一种是RC阻容吸收电路，并联在单相滤波电路中。在三相电路中可以采用星形或三角形RC阻容吸收电路。
b.另外在电磁力接触器的AC吸合线圈上，应该并联接入RC阻容吸收电路。还有一种是在电磁力接触器的DC吸合线圈上，应该反向并联接入二极管吸收电路。
五、结论
通过对变频系统的干扰危害情况调查，分析了变频器内部电路原理及其产生干扰的机理。指出了变频系统高次谐波通过传导、电磁辐射和感应耦合对电源网络及相关空间环境内用电设备三种途径进行干扰。根据不同的干扰现象，灵活采取相应的抑制方案，可以有效地削弱和控制变频系统的干扰。
目前在我大队生产、办公系统已经实现了计算机网络化管理，集输油系统监测和轻烃炼化装置基本上达到了自动化运行程度，变频器控制技术也得到了广泛应用。由于变频器自身属性所致，或轻或重不可避免地会产生有害干扰。为此有必要对相关装置变频谐波干扰进行调查、测试，以发现业已存在或潜在的危害，进而采取有效的抑制干扰对策，排除异常现象，避免发生因谐波干扰而造成设备损坏事故。
参考文献：
[1]吴忠智.变频器应用手册[S].北京.机械工业出版社.2002.7.第二版
[2]（日）富士FRENIC逆变器说明手册[S].
关键词：变频系统；谐波干扰；危害；抑制
一、变频系统干扰的调查
在电动机的各种调速方式中，变频器调速系统具有高效、节能和自动化程度高的突出优点。这种调速系统功率因数高、启动平稳、調节范围宽，已经成为节约能源、改善机械设备特性和智能控制迅速发展的高技术之一。大北站大型电机基本都采用变频调速，截止到2005年9月底为止，集输大队已经拥有107台各种变频器，成为节能降耗和提高自动化管理水平的重要手段。
随着计算机、PLC可编程微处理器、自动化控制仪器仪表以及其它电力电子设备应用越来越多。在变频使用环境中，经常出现一些异常现象，甚至发生设备不明原因损坏事故。经调查，溶剂油厂化验室蒸馏仪曾出现过调温电压表指针大幅摆动现象，使加热温度失控，化验的油品突沸，无法进行馏程测定，最终导致馏程仪核心电路板损坏报废。后经实验研究证实是由于在同一电源内使用的变频器干扰所致。在装置使用的屏蔽电泵上，有一种动态监测轴承磨损程度的TRG仪表，由于所用的变频器谐波干扰，使其读数发生错误，造成检测失误，导致电泵转子磨损超标。大北集油站1#导热油炉微电脑控制单元有时出现程序紊乱现象，经常不明原因停机或重启，于2004年检修时更新主板，2005年最终报废更换为PLC智能控制。经分析是电路抗干扰能力差，与同一配电室附近使用的变频器谐波干扰有关。大北集油站原油稳定装置工控机（FOCS）经常出现通讯错误，各生产参数数据静止不刷新，而且平均一个月发生1-2次死机现象。虽经有关单位技术人员多次检查维修故障仍然存在，也不能排除受变频器谐波干扰的可能。
据调查，有些单位采用一套变频控制两台机泵，原来的自藕降压启动工频运行，从而实现压力或排量的调节功能。但是输出电缆和电机发热，严重时发生保护跳闸，其实这是典型的谐波电流产生附加功耗的现象。还有一单位的一台刚投产的锅炉，由于温度保护装置不明原因失控，造成价值数十万元的设备烧坏而报废，经分析除设备自身质量原因外，还有可能与变频器高次谐波干扰有关。
有资料显示，随着电气电子自动化的大量使用，变频器系统对其相关电磁环境下的污染也越来越严重，已经发生许多事故案例，其潜在的威胁将直接影响到设备和装置的安全运行。
二、变频系统干扰分析
目前通用的变频器是采用TGBT（绝缘栅型三极管）元件和PWM（脉冲宽度调制）方波控制的交、支流逆变电路，在输入/输出的电压和电流中，其波形可按傅立叶级数分解为基波和高次谐波，谐波次数通常为6n±1次高次谐波。这些谐波一般通过电路耦合（传导）、电磁辐射和感应耦合三种方式，对电源及邻近的用电设备产生谐波污染。
由电路耦合的变频系统干扰，主要是在同一台电源变压器供电网内，通过电路网络传播。由于电源电流为非正弦波，使电压波形产生畸变，从而影响其它在线的设备不能正常工作。同时也使其拖带的电动机铜损、铁损、噪音增加，温升提高，功率和寿命降低，进而使电机绝缘介质加速老化，使电机的运转特性变坏。在使用同一个接地系统的情况下，也会产生谐波的耦合干扰。
变频干扰的感应耦合方式，是当变频器输出/输出电路与其它设备电路距离比较接近时，由导体间的互感交链到二次回路，高次谐波通过电磁感应的方式耦合，这种耦合包括电流干扰产生的电磁感应和电压干扰产生的静电感应，当一次回路暂态电流突变及频率很高时，感应耦合干扰就越严重。这种干扰主要影响相邻的信号传输，如测量数据不准确、动作不可靠等，谐波对继电保护装置的干扰危害尤为严重。
电磁辐射是变频器的高频谐波分量向空中辐射的电磁波，主要对无线电设备产生噪音干扰。
变频器谐波干扰途径见图2所示。
由于变频器的自身电路特性，以目前的技术水平来看，其高次谐波是很难完全消除的。但是，通过现场试验表明，如果采取的技术措施得当，变频系统干扰是能够有效抑制的。
三、变频系统干扰抑制方案（见图3变频系统电路原理图）
（一）在变频器电源输入侧安装AC电抗器
a.作用：抑制变频器输入侧电路干扰，改善功率因数。
b.使用环境：
1.电源变压器容量较大；
2.在同一电源上有晶闸管负载，例如可控硅调温、调速、调光等；
3.在同一电源上带有ON/OFF控制的功率因数补偿电容器；
4.电源三相电压不平衡度υ大于3%。
υ（%）=
式中：
：三相最大电压值；
：三相最小电压值；
：三相电压平均值。
（二）在变频器电源输出侧安装高频电抗器
a.作用：具有对无线电波干扰的抑制性，可以减弱对空间无线电或其它电子设备的噪声干扰。
b.使用环境：对周边空间的无线电或其它电子设备有噪声干扰。
（三）在变频器的P1、P（+）端子上连接DC电抗器
a.作用：改善电路波形，提高功率因数。
b.使用环境：变频器功率较大，功率因数较低。
一般情况下，变频器在出厂时其P1、P（+）端子是被短接的，安装DC电抗器时换下短接件即可。
（四）对变频器进行良好的接地
变频器上的E或G端子必须用专用的接地线进行可靠的良好接地，此外设备的金属外壳、框架等都要有效接地。
（五）变频系统外围电路相关环境干扰的抑制措施 1.变频器的输入/输出电线，必须使用铠装电缆货穿钢管布线，并与其它电线放开铺设。
2.将不同种类的信号线隔离铺设（按抗干扰级别区分）。模拟信号、低平开关信号线路要用屏蔽线双铰连接。模拟信号应单独占用穿线管或隔离电缆槽。低平开关信号线路、数据通信线路不可以和动力线以及大负载的信号线平行铺设在一起。
3.计算机控制系统中开关量信号可以考虑用光电耦合器件进行隔离，必要时也可采用光缆进行数据传输。另外直流信号要比其它信号抗干扰能力好。
4.系统电源零线（中性线）、地线（保护接地）最好分开铺设和接线。控制系统的信号相屏蔽地和主电路的导线屏蔽地也应放开接入。
5.安仪表和安全栅接地方式也因应考虑抑制干扰问题。对齐纳安全栅，考虑干扰于防爆性，应使D、B二个接点处于同电位。
四、受干扰的用电设备的二次抗扰方案
在与变频器统一电源网络或相关电路空间环境中的用电设备，由于干扰源强度和自身抗干扰能力的不同，所受到的谐波影响程度也不同。为了安全起见，除变频系统采用上述隔离、屏蔽、接地和合理布线等抑制高次谐波干扰方法外，自身也应当采取一定的二次抗扰措施，如二次滤波、电涌吸收、杂波旁路灯回避和疏导技术，如果选用得当，可以替代笨重且成本昂贵的硬件，会收到事半功倍的效果。
下面给出二次抗扰的几种方案：
1、高频电容滤波器
这是一种应用最为广泛且简单有效的高频旁路式滤波电路。将其并联在电子设备电源变压器的交流输入和输出电路上即可。整流开关电源也可以使用该滤波电路。
2、高频电感滤波器
这种滤波器由高頻磁芯和线圈组成，串联接在电源变压器的或整流开关电源的交流输入端电路上。
3、π式滤波器
这是一种有高频电容和高频电感线圈组成的π形滤波电路，一般可以接在整流滤波电路上。在负载较小的整流滤波电路上可以用RC阻容式π形滤波电路代替。
4、杂波屏蔽器
a.一种是屏蔽层，一般是用金属箔膜开环绕在电源变压器初级线圈外，通过引出线接地。
b.第二种是屏蔽罩，一般是用金属盒子罩在对干扰敏感的电路区域上，金属盒子线接地。
5、吸收器
a.一种是RC阻容吸收电路，并联在单相滤波电路中。在三相电路中可以采用星形或三角形RC阻容吸收电路。
b.另外在电磁力接触器的AC吸合线圈上，应该并联接入RC阻容吸收电路。还有一种是在电磁力接触器的DC吸合线圈上，应该反向并联接入二极管吸收电路。
五、结论
通过对变频系统的干扰危害情况调查，分析了变频器内部电路原理及其产生干扰的机理。指出了变频系统高次谐波通过传导、电磁辐射和感应耦合对电源网络及相关空间环境内用电设备三种途径进行干扰。根据不同的干扰现象，灵活采取相应的抑制方案，可以有效地削弱和控制变频系统的干扰。
目前在我大队生产、办公系统已经实现了计算机网络化管理，集输油系统监测和轻烃炼化装置基本上达到了自动化运行程度，变频器控制技术也得到了广泛应用。由于变频器自身属性所致，或轻或重不可避免地会产生有害干扰。为此有必要对相关装置变频谐波干扰进行调查、测试，以发现业已存在或潜在的危害，进而采取有效的抑制干扰对策，排除异常现象，避免发生因谐波干扰而造成设备损坏事故。
参考文献：
[1]吴忠智.变频器应用手册[S].北京.机械工业出版社.2002.7.第二版
[2]（日）富士FRENIC逆变器说明手册[S].