工业变频器电磁干扰现象分析及其抑制- 『集成电路(IC)电磁兼容(EMC)和 ...企业库|免费b2b网站

工业变频器电磁干扰现象分析及其抑制- 『集成电路(IC)电磁兼容(EMC)和 ...

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0引言6 e- [' s  Z$ _. W" a  ^
随着变频器被广泛应用于工业控制领域，变频器的电磁干扰(EMI )」也随之而来。在实际应用中，许多设计忽略了变频器对周围电器的干扰及其受到的干扰问题的存在和处理，致使其系统不但无法可靠运行，还会影响其他设备的正常工作。9 t& s6 Z! Q  K3 a
本研究重点探讨工业变频器电磁干扰及其抑制。" |. }0 Y# w( j3 }9 i+ V8 U. P
1电磁干扰
讨论变频器的EMI一般是从干扰源的特性、干扰途径的特性和受扰体的特性3个方面来进行。9 C9 b0 T# t! m" r' \1 h* D0 z
1.1变频器电磁干扰源5 D+ v$ E7 R1 u! h
变频器内干扰源主要有两类: (t)变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，' N9 o' z: Y3 Y8 M* \4 p  i2 f: u
高频整流回路在正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于PN结中有较多的载流子积累，在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化，其电流大小为:9 D& n6 V, o& K
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8 @6 Q+ D2 |- @" M0 ?3 z& d
其中，Ud为整流电压值[’一，〕。它们将以各种方式把自己的能量信号传播出去，形成对变频器本身和其他设备的干扰。因此，变频器对系统内其他设备来说是一
个电磁干扰源。
1.2干扰途径
变频器干扰源通常以电磁辐射、传导、感应祸合方式把自己的能量传播出去，对系统其他设备的工作产生了干扰，下面就对其分别加以分析。
1. 2. 1辐射干扰4 x3 {- G) @- ?! b# T
因为非线性负载和高频电路的存在，如果变频器不是处在一个全封闭的金属外壳内，即变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞时，它就可以通过空间向外辐射电磁波，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，就会形成干扰辐射源向四周辐射。其辐射磁场强度取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗、干扰源的发射频率以及其EMI信号源的波长。辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。这是高频谐波分量的主要传播方式。
1.2.2传导干扰: \5 M# g1 o' U  w4 y
变频器EMI通过负载电缆，使得电动机铁耗和铜耗增加，影响了电机的运转特性;通过电源网络传播，将使网络电压产生畸变，影响其他设备工作。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。
1.2.3辐合千扰% V4 N7 L0 w, S/ y! B7 W& Q5 ~
感应祸合是介于辐射与传导之间的第3条传播途径。EMI能量可以通过变频器的输人/输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应祸合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压，从而影响周围其他设备的正常运行。感应祸合可以由导体间的电容祸合的
形式出现，也可以由电感祸合的形式或电容、电感混合的形式出现，它与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

2电磁干扰的抑制, ~6 w8 X! z5 Y6 G( ^; s
针对变频器EMI的特点，在确定主要干扰因素的
基础上(包括干扰源、祸合路径、易感电路)，抑制措施
主要考虑如下几个方面:
2.1抑制干扰源6 ?. J8 T& u; j9 x/ r& T
抑制干扰源是抑制变频器EMI的根本，是使变频器EMI低于规定极限值的有效方法。) D7 q3 F7 w# U$ b& m
(I)软开关电源技术。如前所述，变频器的主要骚扰是来自功率开关管通/断的dvldt。因此减小功率开关管通/断的dv/d。是减小变频器干扰的重要手段。软开关技术可以在一定程度上减小开关管通/断的dv/dto因此，采用软开关电源技术能降低变频器的Eh1I}1 m* C( W" N- k/ L
(2)开关频率调制技术。将频率不变的调制改为随机调制、变频调制。该方法虽不能降低总干扰，但能量被分散到频点的基带上，从而达到各个频点都不超过规定的限值。/ E3 F2 U7 J! T* O! P) {3 O
2. 2切断干扰途径, ^1 t( `" g% R: f/ }4 c/ r
为达到此目的，采用正确的隔离、接地、屏蔽、滤波措施f a-s 7。
2. 2. 1隔离2 g: {# x9 p% c  Z  j5 z( X
隔离主要有以下两种:
(1)电源隔离法。在变频调速传动系统中，通常

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是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以避免传导干扰。
(2)信号隔离法。在连接变频器的某些传感器传输信号线较长，并采用电流信号时，此法比较适合。它不仅能够使输人/输出在电气上xx隔离，输人/输出之间没有共同“地”;且断开过程环路，又能使输人/输出通过光电祸合正常传输信号，从而解决干扰的问题。
2. 2. 2滤波, n% I  S/ [: t" j1 n2 R5 R
滤波是抑制干扰的一种有效措施，尤其是对变频器开关电源EMI信号的传导干扰和辐射干扰。在电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示[6J。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、造成的干扰小;共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线
产生辐射，所以造成的干扰较大。因此，欲削弱传导干扰，把变频器EMI信号控制在有关电磁兼容(EMC)标准规定的极限电平以下，xxx的方法就是在变频器输人和输出电路中加装EMI滤波器。对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择适当的去祸电路或网
络结构较为简单的EMI滤波器，就可以得到较好的抑制效果。
2. 3. 3屏蔽
变频器电磁屏蔽是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应藕合和辐射传播的方法。其利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作
用，用电导率良好的材料对电场进行屏蔽;用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。用导电连续的屏蔽体与变频器本体、系统的机壳和地连接为一体;用电磁密封衬垫解决机箱上的接缝电磁波的泄漏源;通过设计适当的开口尺寸和辐射源到开口的距离来解决机箱上开Cl电. o" x& B. T6 c
磁泄漏;输出线用钢管屏蔽;信号线采用双芯编织屏蔽;周围电子敏感设备要进行复合板屏蔽。( k2 A4 G2 j  H3 \% R; t) Y
2. 2. 4接地
变频器正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。其接地原则:所有的电源地线都接到电源总地线上，所有的屏蔽地线都要接到屏蔽总地线上，所有的信号地线都要接到信号总地线上，3根总地线{zh1}汇总到公共的参考地。
变频器的接地方式有多点接地、一点接地及混合接地等几种形式。单点接地在低频下的性能好;多点接地在高频下的性能好;混合接地抗干扰性能{zh0}，其应用可根据实际情况进行选择。在变频器接地(PE)端上，一端接到PE端，一端与接地极相连，接地导线的截面6 f5 n" P( y4 Q* W+ c
积一般应不小于2. 5 m扩，接地线长度在20 m以内，并注意合理选择接地极的位置。

许的温升值;⑦确保控制柜中的所有设备接地良好，应该使用短、粗的接地线连接到公共地线上，其接地电阻应小于4 S2;与变频器相连的控制设备(如PLC或PtD控制仪)要与其共地;⑧安装布线时将电源线和控制电缆分开，使用独立的线槽等，如果控制电路连接线必
须和电源电缆交叉，应成90“交叉布线;⑨使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时，应确保未屏蔽之处尽可能短，条件允许时应采用电缆套管;⑩确保控制柜中的接触器有灭弧功能，交流接触器要采用R-C抑制器或压敏电阻抑制器;⑧用屏蔽和恺装电缆作为电机接线  p) c' i* z; S1 w; c" ]  x
时，要将屏蔽层双端接地。2 k4 s5 u$ c1 a0 h6 n, y
3保护敏感电路
这主要是针对变频器周围的易感设备而采取的措施，包括:干扰源与受扰体需分开;干扰源和受扰体若同时位于同一块电路板上时，应尽量将相互关联的元
器件摆放在一起以避免因器件离得太远而造成信号线过长所带来的干扰;开关回路面积应尽量减小;控制回路则应避开其辐射范围放置;通过屏蔽干扰电路来保护敏感电路等等。
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4结束语# j% {/ n4 P- K( E  h6 s
通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，本研究提出了解决这些实际问题的方法，着重分析了工业变频器电磁干扰现象及其抑制。实践结果表明，本研究提出的抑制方案为变频器在工业自动化应用系统中稳定、可靠、安全运行提供了保障，满足了工7 B, X) x1 [: k% `3 g& U) q
业变频器日常运行的需要。随着新技术、新工艺和新理论不断在变频器上的应用，真正满足实际需要的“绿色”变频器不久将会面世。

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