信号干扰问题

信号干扰问题 前言 采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单、网络化等优点而被越来越多的应用。但是，由于变频器特殊的工作方式带来的干扰越来越不容忽视。变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变(电压畸变率用THDv示，变频器产生谐波引起的THDv在10~40%左右)，影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。 二、谐波和电磁辐射对电网及其它系统的危害 1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。 2.谐波可以通过电网传导到其它的用电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。 3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。 4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。 5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。 一般来讲，变频器对电网容量大的系统影响不十分明显，这也就是谐波不被大多数用户重视的原因。但对系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不能忽视。 三、有关谐波的国际及国家标准 现行的有关标准主要有:国际标准IEC61000-2-2，IEC61000-2-4，欧洲标准EN61000-3-2，EN61000-3-12，国际电工学会的建议标准IEEE519-1992，中国国家标准GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。下面分别做简要介绍: 1.国际标准 IEC61000-2-2标准适用于公用电网，IEC61000-2-4标准适用于厂级电网，这两个标准规定了不给电网造成损害所允许的谐波程度，它们规定了最大允许的电压畸变率THDv. IEC61000-2-2标准规定了电网公共接入点处的各次谐波电压含有的THDv约为8%. IEC61000-2-4标准分三级。第一类对谐波敏感场合(如计算机、实验室等)THDv为5%;第二类针对电网公共接入点和一部分厂内接入点THDv为8%;第三类主要针对厂内接入点THDv为10%. 以上两个标准还规定了电器设备所允许产生谐波电流的幅值，前者主要针对16A以下，后者主要针对16A到64A. IEEE519-1992标准是个建议标准，目标是将单次THDv限制在3%以下，总THDv限制在5%以下。 2.国内标准 GB/T14549-93中规定，公用电网谐波电压(相电压)限值为380V(220V)电网电压总THDv为5%，各次谐波电压含有率奇次为4%，偶次为2%. 由以上标准看来，一般单次电压畸变率在3~6%，总电压畸变率在5~8%的范围内是可以接受的。 四、减少变频器谐波对其它设备影响的方法 1.增加交流/直流电抗器 采用交流/直流电抗器后，进线电流的THDv大约降低30%~50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。 2.多相脉冲整流 在条件具备，或者产生的谐波限制在比较小的情况下，可以采用多相整流的方法。12相脉冲整流THDv大约为10%~15%，18相脉冲整流的THDv约为3%~8%，满足EN61000-3-12和IEEE519-1992严格标准的要求。缺点是需要专用变压器和整流器，不利于设备改造，价格较高。 3.无源滤波器 采用无源滤波器后，满载时进线中的THDv可降至5%~10%，满足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求，技术成熟，价格适中。适用于所有负载下的THDv<30%的情况。缺点是轻载时功率因数会降低。 4.输出电抗器 也可以采用在变频器到电动机之间增加交流电抗器的方法，主要目的是减少变频器的输出在能量传输过程中，线路产生的电磁辐射。该电抗器必须安装在距离变频器最近的地方，尽量缩短与变频器的引线距离。如果使用铠装电缆作为变频器与电动机的连线时，可不使用这方法，但要做到电缆的铠在变频器和电动机端可靠接地，而且接地的铠要原样不动接地，不能扭成绳或辨，不能用其它导线延长，变频器侧要接在变频器的地线端子上，再将变频器接地。 五、减少或削弱变频器谐波及电磁辐射对设备干扰的方法 上面介绍的方法是减少变频器工作时对外设备的影响，但并不是消除了变频器的对外干扰，如果想进一步提高其它设备对变频器谐波和电磁辐射的免疫能力，尤其是在变频器(品牌不同，产生的干扰程度可能不一样)干扰较严重的场合中常用的方法通常有以下几种: 1.使用隔离变压器 使用隔离变压器主要是应对来自于电源的传导干扰。使用具有隔离层的隔离变压器，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。同时还可以兼有电源电压变换的作用。隔离变压器常用于控制系统中的仪表、PLC，以及其它低压小功率用电设备的抗传导干扰。 2.使用滤波模块或组件 目前市场中有很多专门用于抗传导干扰的滤波器模块或组件，这些滤波器具有较强的抗干扰能力，同时还具有防止用电器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。 常用的为双孔磁芯滤波器的结构。还有单孔磁芯的滤波器，其滤波能力较双孔的弱些，但成本较低。 3.选用具有开关电源的仪表等低压设备 一般开关电源的抗电源传导干扰的能力都比较强，因为在开关电源的内部也都采用了有关的滤波器。因此在选用控制系统的电源设备，或者选用控制用电器的时候，尽量采用具有开关电源类型的。 作好信号线的抗干扰 4. 信号线承担着检测信号和控制信号的传输任务，毋庸置疑，信号传输的质量直接影响到整个控制系统的准确性、稳定性和可靠性，因此做好信号线的抗干扰是十分必要的。 对于信号线上的干扰主要是来自空间的电磁辐射，有常态干扰和共模干扰两种。 (1)常态干扰的抑制 常态干扰是指叠加在测量信号线上的干扰信号，这种干扰大多是频率较高的交变信号，其来源一般是耦合干扰。抑制常态干扰的方法有: 1)在输入回路接RC滤波器或双T滤波器。 2)尽量采用双积分式A/D转换器，由于这种积分器工作的特点，具有一定的消除高频干扰的作用。 3)将电压信号转换成电流信号再传输的方式，对于常态的干扰有非常强的抑制作用。 (2)共模干扰的抑制 共模干扰是指信号线上共有的干扰信号，一般是由于被测信号的接地端与控制系统的接地端存在一定的电位差所制，这种干扰在两条信号线上的周期、幅值基本相等，所以采用上面的方法无法消除或抑制。对共模干扰的抑制方法如下: 1)采用双差分输入的差动放大器，这种放大器具有很高的共模抑制比。 2)把输入线绞合，绞合的双绞线能降低共模干扰，由于改变了导线电磁感应e的方向，从而使其感应互相抵消。 3)采用光电隔离的方法，可以消除共模干扰。 4)使用屏蔽线时，屏蔽层只一端接地。因为若两端接地，由于接地电位差在屏蔽层内会流过电流而产生干扰，因此只要一端接地即可防止干扰。 无论是为了抑制常态干扰还是抑制共模干扰，都还应该做到以下几点: (1)输入线路要尽量短。 (2)配线时避免和动力线接近，信号线与动力线分开配线，把信号线放在有屏蔽的金属管内，或者动力线和信号线分开距离要在40cm以上。 (3)为了避免信号失真，对于较长距离传输的信号要注意阻抗匹配。 5.在使用以单片机、PLC、计算机等为核心的控制系统中，编制软件的时候，可以适当增加对检测信号和输出控制部分的软件滤波，以增强系统自身的抗干扰能力。 总结 干扰的分布参数是很复杂的，因此在抗干扰时，应当采用适当的措施，既要考虑效果，又要考虑价格因素，还要因现场情况而定。采用的措施只要能解决问题即可，往往过多的抗干扰措施有可能会产生额外的干扰，具体情况具体解决。 在各种工业控制系统中，随着变频器等电力电子装置的广泛使用，系统的电磁干扰(EMI)日益严重，相应的抗干扰技术(即电磁兼容EMC)已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏，有时虽不能损坏系统的硬件，但常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。因此，如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容，也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。谈到变频 器的抗干扰问题，首先要了解干扰的来源、传播方式，然后再针对这些干扰采取不同的措施。 一、 变频器干扰的来源 首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备，非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其它设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有(1)过压、欠压、瞬时掉电(2)浪涌、跌落 (3)尖峰电压脉冲 (4)射频干扰。 1、 晶闸管换流设备对变频器的干扰 当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时，由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通，容易使网络电压出现凹口，波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害，从而导致输入回路击穿而烧毁。 2、电力补偿电容对变频器的干扰 电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求，为此，许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中，网络电压有可能出现很高的峰值，其结果是可能使变频器的整流二极管因承受过高的反向电压而击穿。 其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。 变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。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，形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。 (1)输入电流的波形 变频器的输入侧是二极管整流和电容滤波电路。显然只有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时，整流桥中才有充电电流。因此，充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式。它具有很强的高次谐波成分。有关资料表明，输入电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的，分 别是50HZ基波的80,和70,。 (2)输出电压与电流的波形 绝大多数变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形式形波;由于电动机定子绕组的电感性质，定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的。 二、 干扰信号的传播方式 变频器能产生功率较大的谐波，由于功率较大，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分传导(即电路耦合)、电磁辐射、感应耦合。具体为:首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。 (1)电路耦合方式 即通过电源网络传播。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)感应耦合方式 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的方式耦合到其他设备中去。感应的方式又有两种: a、电磁感应方式，这是电流干扰信号的主要方式; b、静电感应方式，这是电压干扰信号的主要方式。 (3)空中幅射方式 即以电磁波方式向空中幅射，这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。 三、 变频调速系统的抗干扰对策 据电磁性的基本原理，形成电磁干扰(EMI)须具备三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。 1、 所谓干扰的隔离，是指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。 2、 在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源从电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。在变频器的输入和输出电路中，除了上述较低的谐波成分外，还有许多频率很高的谐波电流 ，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位置的不同，可分为: (1)输入滤波器 通常又有两种: a、线路滤波器 主要由电感线圈构成。它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。 b、辐射滤波器 主要由高频电容器构成。它将吸收掉频率很高的、具有辐射能量的谐波成分。 (2) 输出滤波器 也由电感线圈构成。它可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分。非但起到抗干扰的作用，且能削弱电动机中由高 次谐波谐波电流引起的附加转矩。对于变频器输出端的抗干扰措施，必须注意以下方面: a、 变频器的输出端不允许接入电容器，以免在逆变管导通(关断)瞬间，产生峰值很大的充电(或放电)电流，损害逆变管; b、 当输出滤波器由LC电路构成时，滤波器内接入电容器的一侧，必须与电动机侧相接。 3、 屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短(一般为20m以内)，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线(AC380V)及控制线(AC220V)完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。 4、 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。在实际应用系统中，由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。 对于变频器，主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长 度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。 5、 采用电抗器 在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量(5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所)所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有以下两种: (1)交流电抗器 串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有: a、 通过抑制谐波电流，将功率因数提高至(0.75-0.85); b、 削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击; c、 削弱电源电压不平衡的影响。 (2)直流电抗器 串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一，就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效，可达0.95，并具有结构简单、体积小等优点。 6、合理布线 对于通过感应方式传播的干扰信号，可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有: (1) 设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线; (2) 其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行; 四、 结论 通过对变频器应用过程中干扰的来源和传播途径的分析，提出了解决这些问题的实际对策，随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，重视变频器的EMC要求，已成为变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题，也是变频器应用和推广的关键之一。变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，满足实际需要的真正“绿色”变频器也会不久面世。我们相信变频器的EMC问题一定会得到有效解决。 供电系统中的谐波 在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。 1 谐波的产生 在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。 在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波„„可能直到第三十次谐波组成。 2 产生谐波的设备类型 所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有:开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。 (1)开关模式电源(SMPS): 大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。 (2)电子荧光灯镇流器: 电子荧光灯镇流器近年被大量采用。它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。 (3)直流调速传动装置: 直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整流电路，它也称作六脉冲桥式整流电路，因为在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个)。直流电动机的电感是有限的，故在直流电流中有300Hz的脉动波(即为供电频率的6倍)，这就改变了供电电流的波形。 (4)不间断电源(UPS): 根据电能变换方式和由外部供电到内部供电所用转换方式的不同，UPS有许多不同的类型。主要的类型有:在线的UPS、离线的UPS和线路交互作用的UPS。由UPS供电的负荷总是电子信息设备，它们是非线性的并且含有大量的低次谐波。 (5)磁芯器件: 在有铁芯的电抗器上的励磁电流和磁通密度之间的关系总是非线性的。如果电流波形是正弦波(亦即电路中串联的电阻很大)那么磁场中会有高次谐波，这被认为是强迫磁化过程。如果施加在线圈上的电压是正弦波形(亦即串联的电阻很小)则磁通密度也将是正弦波形，而电流波形则含有高次谐波，这被认为是自由磁化过程。 3 谐波引发的问题及解决措施 谐波电流在电源系统内以及装置内均会造成问题。但其影响和解决措施非常不一样，需要分别处理;适用于消除谐波在装置内不良影响的办法并不能减少谐波在电源系统内造成的畸变，反之亦然。 (1)装置内的谐波问题及解决措施: 有几个常见多发的问题是由谐波引起的:电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等。 ?电压畸变:因为电源系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变(这是产生"平顶"波的根源)。此阻抗有两个组成部分:电源接口(PCC)以后的电气装置内部电缆线路的阻抗和PCC以前电源系统内的阻抗，用户处的供电变压器即是PCC的一例。 由非线性负荷引起的畸变负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上，引起谐波电流的流过，即使这些负荷是线性的负荷也是如此。 解决的办法是把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分开，线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点开始由不同的电路馈电，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。 ?过零噪声:许多电子控制器要检测电压的过零点，以确定负荷的接通时刻。这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致产生瞬态过电压，从而可减少电磁干扰(EMI)和半导体开关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过电压时，在过零处电压的变化率就很 高且难于判定从而导致误动作。实际上在每个半波里可有多个过零点。 ?中性线过热:在中性点直接接地的三相四线式供电系统中，当负荷产生3N次谐波电流时，中性线上将流过各相3N次谐波电流的和。如当时三相负荷不平衡时，中性线上流经的电流会更大。最近研究实验发现中性线电流会可能大于任何一相的相电流。造成中性线导线发热过高，增加了线路损耗，甚至会烧断导线。 现行的解决措施是增大三相四线式供电系统中中性线的导线截面积，最低要求要使用与相线等截面的导线。国际电工委员会(IEC)曾提议中性线导线的截面应为相线导线截面的200%。 ?变压器温升过高:接线为Yyn的变压器，其二次侧负荷产生3N次谐波电流时，其中性线上除有三相负荷不平衡电流总和外，还将流过3N次谐波电流的代数和，并将谐波电流通过变压器一次侧流入电网。解决上述问题最简单的办法是采用Dyn接线的变压器，使负荷产生的谐波电流在变压器?形绕组中循环，而不致流入电网。 无论谐波电流流入电网与否，所有的谐波电流都会增加变压器的电能损耗，并增加了变压器的温升。 ?引起剩余电流断路器的误动作:剩余电流断路器(RCCB)是根据通过零序互感器的电流之和来动作的，如果电流之和大于额定的限值它就将脱扣切断电源。出现谐波时RCCB误动作有两个原因:第一，因为RCCB是一种机电器件，有时不能准确检测出高频分量的和，所以就会误跳闸。第二，由于有谐波电流的缘故，流过电路的电流会比计 算所得或简单测得的值要大。大多数的便携式测量仪表并不能测出真实的电流均方根值而只是平均值，然后假设波形是纯正弦的，再乘一个校正系数而得出读数。在有谐波时，这样读出的结果可能比真实数值要低得多，而这就意味着脱扣器是被整定在一个十分低的数值上。 现在可以买到能检测电流均方根值的断路器，再加上真实的均方根值测量技术，校正脱扣器的整定值，便可保证供电的可靠性。 (2)影响供电电源的谐波问题及解决措施: 《中华人民共和国电力法》指出:"用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序"，《供电营业规则》中规定:"用户的非线性阻抗特性的用电设备接入电网运行所注入电网的谐波电流和引起公共连接点至正弦波畸变超过标准时，用户必须采取措施予以消除。" 由畸变电流造成的电压畸变取决于电源阻抗。阻抗愈大则由同一电流畸变所造成的电压畸变就愈大。对于10次以下的谐波而言，供电网络通常是感性的，所以电源阻抗就和频率成正比，谐波次数越高，所造成的畸变就越大。通常不可能减小供电系统的阻抗，所以需要采用别的步骤来保证电压畸变不超过限度。可能的解决方法有:装用谐波滤波器、装用隔离变压器和装用有源的谐波调节器。 ?装用谐波滤波器:对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以用滤波器来降低谐波电流。对于六脉冲的控制器，滤波器可去掉20%的五次谐波以及全部的高次谐波，对基波影响甚微。为了 避免增益顶峰靠近谐波，必须用解谐的滤波器，而且可能需装多个滤波器。在12脉冲桥路中最低次的谐波是11次的，此时情况比较简单。 ?装用隔离变压器:均衡的三次谐波电流传回到电源去的问题可以用一台Dyn接法的隔离变压器来削弱。使用这种变压器时，通常装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期地对负荷停止供电。在这种情况下，应采用中性线有足够大的通用四芯馈线。在重要的配电系统中，有时把隔离变压器就地装在每一配电盘上，使3N次谐波电流与配电系统相隔离。隔离变压器要适当提高额定值，否则也会产生电压畸变和过热。 ?装用有源的谐波调节器:由变流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除，这是因为边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的，并且时常很接近于基波频率。目前有源滤波器日益推广应用，它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处理(DSP)技术来控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作的，它只控制谐波电流，基波电流并不流过该滤波器。如果所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大的话，它只是简单地起限制作用而使波形得到部分的纠正。 1 引言 变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术 于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种:对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰;对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。 2 变频调速系统的主要电磁干扰源及途径 2.1 主要电磁干扰源 电磁干扰也称电磁骚扰 (EMI)，是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频 器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电;浪涌、跌落;尖峰电压脉冲;射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。 2.2 电磁干扰的途径 变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电磁辐射、传导、感应耦合。具体为:?对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;?对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加，并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备;?变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。 (1)电磁辐射 变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥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它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术，当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换(dv/dt可达1kV/μs以上)所引起的辐射干扰问题相当突出。 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)传导 上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是:接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络，并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。 (3)感应耦合 感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的 频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。 3 抗电磁干扰的措施 据电磁性的基本原理，形成电磁干扰(EMI)须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。 (1)隔离 所谓干扰的隔离是指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，通常是在电源和放大器电路之间的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。 (2)滤波 设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导 干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。 (3)屏蔽 屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短(一般为20m以内)，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。 (4)接地 实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。 单点接地指在一个电路或装置中，只有一个物理点定义为接地点。在低频下的性能好;多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它最近的接地点。在高频下的性能好;混合接地是根据信号频率和接地线长度，系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有专用接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发， 必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻取值<100Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器，选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定，一般情况下采用为好。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。图1为一般变频调速传动系统抗干扰所采取措施。 以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。 (5)正确安装 由于变频器属于精密的功率电力电子产品，其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度-10?，最高温度不超过50?;变频器的安装海拔高度应小于1000m，超过此规定应降容使用;变频器不能安装在经常发生振动的地方，对振动冲击较大的场合，应采用加橡胶垫等防振措施;不能安装在电磁干扰源附近;不能安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污染的环境;不能安装在潮湿环境中，如潮湿管道下面，应尽量采用密封柜式结构，并且要确保变频器 通风畅通，确保控制柜有足够的冷却风量，其典型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允许的温升值。安装工艺要求如下: ? 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(最好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低)连接到公共地线上。按国家标准规定，其接地电阻应小于4欧姆。另外与变频器相连的控制设备(如PLC或PID控制仪)要与其共地。 ? 安装布线时将电源线和控制电缆分开，例如使用独立的线槽等。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。 ? 使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时，确保未屏蔽之处尽可能短，条件允许时应采用电缆套管。 ? 确保控制柜中的接触器有灭弧功能，交流接触器采用R-C抑制器，也可采用压敏电阻抑制器，如果接触器是通过变频器的继电器控制的，这一点特别重要。 ? 用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。 ? 如果变频器运行在对噪声敏感的环境中，可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到最优效果，滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。 4 变频控制系统设计中应注意的其他问题 除了前面讨论的几点以外，在变频器控制系统设计与应用中还要注意以下几个方面的问题。 (1)在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少 可能产生的电磁辐射干扰。在实际工程中，由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独布置的位置，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间。 (2)变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护，但切记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将造成过电压而损坏内部元件。 (3)控制变频调速电机启/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器实现启/停。否则，频繁的操作可能损坏内部元件。 (4)尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之间必须的控制线外，其它如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24,直流电源，而生产厂家为了节省一个直流电源，往往用一个直流电源分两路分别对两个系统供电，有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰，所以在设计中或订货时要特别加以说明，要求用两个直流电源分别对两个系统供电。 (5) 注意变频器对电网的干扰。变频器在运行时产生的高次谐波会对电网产生影响，使电网波型严重畸变，可能造成电网电压降很大、电网功率因数很低，大功率变频器应特别注意。解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节功率因数，同时可以根据具体情况在变频器电源进线侧加电抗器以减少对电网产生的影 响，而进线电抗器可以由变频器供应商配套提供，但在订货时要 加以说明。 (6)变频器柜内除本机专用的空气开关外，不宜安置其它操作性 开关电器，以免开关噪声入侵变频器，造成误动作。 (7)应注意限制最低转速。在低转速时，电机噪声增大，电机冷 却能力下降，若负载转矩较大或满载，可能烧毁电机。确需低速 运转的高负荷变频电机，应考虑加大额定功率，或增加辅助的强 风冷却。 (8)注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分， 电机转矩中含有脉动分量，有可能造成电机的振动与机械振动产 生共振，使设备出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后， 利用变频器频率跳跃功能设置，躲开共振频率点。 5 结束语 以上通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解 决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的 应用，变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和 补偿来解决。随着工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高， 满足实际需要的真正“绿色”变频器不久也会面世。 在鼠笼式异步电动机的各种调速方式中，变频调速传动系统占有极其重要的地位，其具有强大的生命力。这类系统具有功率因数高、 输出谐波小、起动平稳、调速范围宽等优点。由于变频器具有高效、节能和智能化的特点，因而成为电力电子技术和交流传动的重要 组成部分。变频器大多运行于恶劣的 电磁环境，且作为电力电子设备，内部由电子元器件、计算机芯片等组成，易受外界的一些电气 干扰，其输入侧和输出侧的电压、电流含有丰富的高次谐波，投入运行既要防止外界干扰它，又要防止它干扰外界，即所谓的电磁兼 容性。 变频器的电磁兼容性问题解决的好坏很大程度决定了交流变频调速传动系统的可靠性。因此电磁兼容性越来越成为需要迫切关切和解 决的重要技术问题。 变频调速传动系统的主要电磁干扰源及途径: 主要电磁干扰源 电磁骚扰，称电磁干扰(EMI)，是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁骚扰，以路的传导和以场的形式传播。变频器 的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用 PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源 。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、 电子电压调整设备，非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其它设备产生危害的 干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的 干扰对变频器主要有: (1)过压、欠压、瞬时掉电 (2)浪涌、跌落 (3)尖峰电压脉冲 (4)射频干扰 其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。 电磁干扰的途径 变频器能产生功率较大的谐波，由于功率较大，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分传导、 电磁辐射、感应耦合。具体为:首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电机铁耗和 铜耗增加;并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电 流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。 抗电磁干扰的措施 据电磁性的基本原理，形成电磁干扰(EMI)须具备三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰，可采用 硬件抗干扰和软件抗干扰。其中，硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰， 其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏 蔽、接地等方法。 隔离 所谓干扰的隔离，是指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。 使所有的信号线很好地绝缘，使其不可能漏电，这样，防止由于接触引入 的干扰; 将不同种类的信号线隔离铺设(在不同一电缆槽中，或用隔板隔开)，我们可以根据信号不同类型将其按抗噪声干扰的能力分成几等。 模拟量信号(模人、摸出，特别是低电平的模人信号如热电偶信号，热电阻信号等)对高频的脉冲信号的抗干扰能力是很差的。建议用 屏蔽双绞线连接，且这些信号线必须单独占用电线管或电缆槽，不可与其它信号在同一电缆管(或槽)中走线。 低电平的开关信号(一些状态干结点信号)，数据通信线路(RS232、EIA485等)，对低频的脉冲信号的抗干扰能力比上种信号要强， 但建议最好采用屏蔽双绞线(至少用双绞线)连接。此类信号也要单独走线，不可和动力线和大负载信号线在一起平行走线。 高电平(或大电流)的开关量的输入输出、CATV、电话线，以及其它继电器输入输出信号，这类信号的抗干扰能力又强于以上两种， 但这些信号会干扰别的信号，因此建议用双绞线连接，也单独走电缆管或电缆槽。 动力线AC 220V、380V，以及大通断能力的断路器、开关信号线等，这些线的电缆选择主要不是依抗干扰能力，而是由电流负载和耐压 等级决定。 以上说明，同一类信号可能放在一条电缆管或槽中，相近种类信号如果必须在同一电缆槽中走线，则一定要用金属隔板将它们 隔开。 还有一种隔离是将信号源同变频器在电气上进行隔离，这样，会大大地减小共模干扰对变频控制系统造成的危害。采用隔离 放大器将信号的输入端子与变频器部分完全隔离(有的系统中采用隔离变压器，或继电器等方式隔离，对开关量则可以采用光电器件， 或继电器进行隔离)。 屏蔽 屏蔽就是用金属导体，把被屏蔽的元件，组合件，电话线，信号线包围起来。这种方法对电容性耦合噪声抑制效果很好。最常见的就是 用屏蔽双绞线连接模拟信号。 以上说的电气屏蔽，但在很多场合下，信号除了受电噪声干扰以外，主要还受到强交变磁场的影响，如电站，冶炼厂重型机械厂等，那 么，我们除了要考虑电气屏蔽以外，还要考虑磁屏蔽，即考虑用铁、镍等导磁性能好的导体进行屏蔽。 绞线。用双绞线代替两根平行导线是抑制磁场干扰的有效办法。原理是每个小绞纽环中会通过交变的磁通，而这些变化磁通会在周围的 导体中产生电动势，它由电磁通感应定律决定，相邻绞纽环中在同一导体上产生的电动势方向相反，相互抵消，这对电磁干扰起到较好 的抑制作用。 屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏;输出 线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短(一般为20m以内)，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路的 输入和输出线及控制线(AC220V)完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩 必须可靠接地。 滤波 当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功 率因素，可在变 频器输入端加装交流电抗器，选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定，一般情 况下采用为好。为改善变频器输出电流，减少电机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。在系统线路中设置滤波器的作用是为了 抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源从电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对 电源干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。 接地 接地的作用总的概括起来只有两种:保护人和设备不受损害;抑制干扰;抑制干扰接地在有的中又叫工作接地，而前者又叫保护接地。 保护接地 保护接地是将变频控制系统中平时不带电的金属部分(机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备 和人身安全。原因是变频控制系统的供电是强电供电，通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生(如主机电源故障或其它故障)造成 电源的供电相线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就 有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连 接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。 工作接地 工作接地是为了使变频控制系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信 号回路接地、屏蔽接地， 在石化和其它防爆系统中还有本安接地。 (1)机器逻辑地，也叫主机电源地，是变频器内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。 (2)信号回路接地，如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。 (3)屏蔽接地(模拟信号的屏蔽层的接地)。 (4)本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本 安接地会因为采用的设备不同而不同，安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路，则由 于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围内，使现场端不至于产生很高的 温度，引起燃烧。第二种情况，如果变频器一端产生故障，则高压电信号加入了信号回路，则由于齐纳二级的嵌位作用，也使电压位于安 全范围。值得提醒的是，由于齐纳安全栅的引入，使得信号回路上的电阻增大了许多，因此，在设计输出回路的负载能力时，除了要考虑 真正的负载要求以外，还要充分考虑安全栅的电阻，留有余地。 除了上述几种接地外，在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地，也叫交流电源工作地，它是电力系统中为了运行需要 而设置的接地(如中性点接地)。 上面介绍了六种接地:供电系统地、保护地、逻辑地、屏蔽地安全栅地、信号回路地。对这六种接地，各设备生产商有其不同的 要求，虽然大都强调一点接地，接地电阻必须小于1欧姆等，但具体内容上差别很大，下面给出几个例子介绍常遇到的接地要求和方法。 供电系统地:在很多企业，特别是电厂、冶炼厂等，其厂区内有一个很大的地线网，而通常供电系统的地是与地线网连在一起的。有的 厂家强调变频控制系统系统的所有接地必须和供电系统地以及其它(如避雷地)严格分开，而且之间至少应保持15m以上的距离。为了彻 底防止供电系统地的影响，建议供电线线路用隔离变压器隔开。这对那些电力负荷很重，而且负荷经常启停的单位是应注意的。从抑制干 扰的角度来看，将电力系统地和变频器系统的所有地分开是很有好处的，因为一般电力系统的地线是不太干净的。但从工程角度来看，在 有些场合下单设变频器系统地并保证其与供电系统地隔开一定距离是很困难的，这时可以考虑能否将变频控制系统的地和供电地共用一个 ，这要考虑几个因素: (1)供电系统地上是否干扰很大，如大电流设备启停是否频繁，对地产生的干扰是否大; (2)供电系统地的接地电阻是否足够小，而且整个地网各个部分的电位差是否很小，即地网的各部分之间是否阻值很小。 (3)变频控制系统的抗干扰能力以及所用到的传输信号的抗干扰能力，例如有无小信号(电偶，热电阻)的直接传输等。 所有变频控制系统接线涉及到的接地采用一点接地方式，在这一点上，也有很多争议。有的厂家系统提出几个地:逻辑地、屏蔽 地(又叫模拟地)、信号地、保护地分别各自接地，而大部分系统则指出各种地在机柜内部自己分别接地，汇于一点，然后用较粗的导体 (铜)将各汇地点朕起来，接到一个公共的接地体上。这里有几点需要注意: 变频控制系统本身是由多台设备组成的，除了控制站以外，还包括很多外设， 而且外设也不止一台，这就涉及到了多台设备，多种接地的 问题。此外，一般的变频器的供电是各站(控制站，操作站等)用专门一条线单独供电，即彼此之间不相互供电。 保护接地:变频控制系统的所有设备均有一个保护地，该保护一般在机柜和其它设备设计加工时就已在内部接好，有的系统中已将该保护 地在内部同电源进线的保护地(三芯插头的中间头)连在一起，有的不允许将保护地同该线相连，用户一定要仔细阅读厂家提供的接地安 装，不管哪种方式，CG必须将一台设备(控制站、操作员站等)上所有的外设或系统的CG连在一起， 然后用较粗的绝缘铜导线将各站的CG连在一起，最后从一点上与大地接地系统相连。还有一点值得提醒的是， 变频器的所有外设必须从一条供电线上供电，而不允许从其它回路供电，否则可能会烧坏接口甚至设备，对于不得不用长线连接的场合， 或用较粗导线提供供电，或采取通信隔离措施。 模拟地(AG)，模拟地(又叫屏蔽地)是所有的接地中要求最高的一种。几乎所有的系统都提出AG一点接地，而且接地电阻小于一欧姆。 变频器设计和制造中，在机柜内部都安置了AG汇流排或其它设施。用户在接线时将屏蔽线分别接到AG汇流 排上，在机柜底部，用绝缘的铜辫连到一点，然后将各机柜的汇流点再用绝缘的铜辫或铜条以辐射状连到接地点。大多数的变频器要求， 不仅各机柜AG对地电阻,1欧姆，而且各机柜之间的电阻也要,1欧姆。 信号地，信号地的处理:原则上不允许各变送器和其它的传感器在现场端接地，而都应将其负端在变频器端子处一点接地。但在有些场合 ，现场端必须接地，这时，必须注意原信号的输入端子(上双端)绝对不许和变频控制 系统的接地线有任何电气连接，而变频控制系统在 处理这类信号时，必须在前端采用有效的隔离措施。 安全栅地，安全栅的接地，有三个接地点:B，E，D，通常B和E两点都在计算机这一侧。可以连在一起，形成一点接地。而D点是变送器外 壳在现场的接地，若现场和控制室两接地点间有电位差存在，那么，D点和E点的电位就不同了。假设我们以E作为参考点，假定是D点出现 10V的电势，此时，A点和E点的电位仍为24V，那么A和D间就可能有34V的电位差了，己超过安全极限电位差，但齐纳管不会被击穿，因为A 和E间的电位差没变，因而起不到保护作用。这时如果不小心现场的信号线碰到外壳上，就可能引起火花，可能会点燃周围的可燃性气体， 这样的系统也就不具备本安性能了。所以，在涉及到安全栅的接地系统设计与实施时，一定要保证D点和B(E)点的电位近似相等。在具体 实践中可以用以下方法解决此问题:用一根较粗的导线将D点与B点连接起来，来保证D点与B点的电位比较接近。另一种就是利用统一的接 地网，将它们分别接到接地网上，这样，如果接地网的本身电阻很少，再用较好的连接，也能保证D点和B点的电位近似相等。但注意，此 接地一定不要与上面几种接地发生冲突。 以上讨论了几种接地的方法和注意事项。在不同的系统中，对这几种接地的组态要求不同，但大多数系统对AG的接地电阻一般要求 1欧姆以下，而安全栅的接地电阻应,4欧姆，最好<1欧姆，PG和CG的接地电阻应小于4欧姆。实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干 扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器本身有专用 接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发， 必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一 端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻应小于1Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。 以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。 结束语: 变频调速传动系统中，重视变频器的EMC要求，已成为变频变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题，也是变频器应用和推广的关 键之一。我们相信变频器的EMC问题一定会得到有效解决。 2