隨著電力電子技術的發展，供電系統增加了大量的非線性負載，特別是變頻器，從低壓小容量家用電器到高壓大容量的工業變頻器廣泛使用，變頻器在工作中產生功率較大的諧波。

由于功率較大，對系統其它設備干擾性較強，其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分傳導（即電路耦合）、電磁輻射、感應耦合。使得電磁干擾（EMI）日益嚴重，相應的抗干擾設計（即電磁兼容EMC）已經變得越來越重要。

有時電磁干擾能直接造成系統的硬件損壞，有時雖不能損壞系統的硬件，卻常使微處理器的系統程序運行失控，導致控制失靈，從而造成設備的生產事故。因此，如何提高系統的抗干擾能力和可靠性是自動化裝置研制和應用中不可忽視的重要內容，也是計算機控制技術應用和推廣的關鍵之一。

我們一般抑制諧波干擾常用的方法有抑制（包括采用增加交流/直流電抗器、多相脈沖整流等）、隔離、濾波、屏蔽、接地等，這些抗干擾措施可根據系統的抗干擾要求合理選擇使用。

以下重點講述我公司技術人員在生產實踐中經常采用的抑制諧波干擾的具體實施例子。

例1

本廠的3線螺桿壓力閉環系統，在變頻器啟動后，控制系統的儀表（RKC，F900F810*8—AD儀表輸入4-20ma）顯示壓力在±2MPa左右波動，壓力探頭（Dynisco 0-35MP輸出4—20ma）。變頻器（安川616H3）上的頻率±5H₂左右波動在（±2H₂）。因為是閉環系統，所以要有一點在波動會是整個壓力系統都在波動，如圖1所示。

圖1

思路：先將儀表打手動控制，輸出固定60%，壓力還是上下來回波動，現儀表輸出13.6ma變頻36H₂，這就排除變頻和儀表輸出，想通過調正儀表PID（d↑微分系數為小，對即時變化反應不夠快，反映措施不力，I↓積分系數過大，使微分反應被淹沒飩化）調正后基本無效果。

排除設置不當。分析認為是干擾引起的，通過示波器分析在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波量（5次、7次、11次、13次）所占的比重很高。它們除了可能干擾其他設備的正常運行之處，還因為它們消耗了大量的無功功率使線路的功率因數大為下降。

現針對變頻干擾采取必要的措施先從以下幾方面著手。

1、 加裝交流電抗器

交流電抗器串聯在電源與變頻器的輸入側之間，其目的是通過抑制諧波電流，將功率因數提高至（0.75-0.85），削弱輸入電路中的浪費電流對變頻器的沖擊，削弱電源電壓不平衡的影響。

2、 加裝直流電抗器

直流電抗器，串聯在整流橋和濾波電容器之間，其目是進一步削弱輸入電流的高次諧波成分但在提高功率因數方面比交流電抗器有效可達0.95。

3、 在輸入輸出側加裝濾波器

一般輸入濾波器通常又分兩種：

a. 線路濾波器主要由電感線圈構成。它通過增大線路在高頻下的阻擾來削弱頻率較高的諧波電流；

b. 輻射濾波器主要由高頻電容器構成，它將吸收掉頻率很高的具有輻射能量的諧波成分。

一般輸出濾波器也由電感線圈構成。它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成分。不僅起到抗干擾的作用，且能削弱電動機中由高次諧波電流引起的附加轉矩。對于變頻器輸出端的抗干擾措施必須注意以下方面：

1） 變頻器的輸出端不允許接入電容器，以免在逆變管導通關斷瞬間，產生峰值很大充電（或放電）電流，損害逆變管；

2） 當輸出濾波器由LC電路構成時，濾波器內接入電容器的一側必須與電動機側相接。

4、 檢查接地系統

由于系統電源零線（電線）地線（保護接地、系統接地）不分，控制系統屏蔽地（控制信號屏蔽地和主電路導線屏蔽地）的混亂連接會大大降低系統的穩定性和可靠性。

通過處理后，壓力波動在（±0.3MPa）頻率波動在（±1H_z），諧波干擾基本抑制，系統工作正常。

例2

本廠一臺VC443牽伸機系統有144個溫度點有一臺單片機控制，同時有一臺變頻器控制拖動。在變頻器不工作時溫度顯示正常±1℃范圍，但變頻工作時溫度波動且在大約30秒周期±15℃波動，通過現象分析了解，初步認為是干擾引起的。

在對現場維修人員的了解中，得知原控制板上有2個5V電源燒壞1個后合用1個開關電源，后開機出現溫度異常。分析認為可能問題出在電源上。

單片機控在接口電路中采用光電隔離，光電耦合器之所以在傳輸信號的同時能有效地抑制尖脈沖幫各種噪聲干擾，使通道上的信號噪聲比大為提，主要有以下幾方面的原因：

1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，；常為10⁵－10⁶Ω。由于沒有足夠的能量而不能使二極管發光，從而被抑制掉了。

2）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產生。

最后經過仔細分析因為在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別使用獨立的電源，若兩端共用一個電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。當用光電耦合器來隔離輸入輸出通道時，必須對所有信號（包括數字量信號、控制量信號、狀態信號）全部隔離，使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯系，否則這種隔離是沒有意義的。電源分開后溫控工作正常。

結論

通過應用過程中干擾的來源和傳播途徑的分析，提出了解決這些問題的實際對策。大量的電磁干擾產生，如不加以抑制，將影響整個控制系統的正常工作。但完全消除電磁干擾是不現實的。

電磁干擾的抑制應根據不同元器件，不同的電磁環境采取適當的抑制措施，以系統可以正常工作為衡量標準，沒有必要單純為了追求電磁干擾抑制指標而采取復雜的措施。通常電磁干擾抑制能力的強弱與投資成正比。

我們在電氣控制系統設計應注意的其他問題

1）確保控制柜中的所有設備接地良好。另外與變頻器相連的控制設備（如PLC或PID控制儀）要與其共地。

2）安裝布線時將電源線和控制電纜分開，例如使用獨立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉，應成90°交叉布線。

3）使用屏蔽導線或雙絞線連接控制電路時，確保未屏蔽之處盡可能短。

4）確保控制柜中的接觸器有滅弧功能，交流接觸器采用R_-C抑制器，也可采用壓敏電阻抑制器，如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的，這一點特別重要。

5）鎧裝電纜作為電機接線時，要將屏蔽層接地。

6）在設備排列布置時，應盡量交容易受干擾的弱電控制設備與變頻器分開，比如將動力配電柜放在變頻器與控制設備之間。

7）盡量減少變頻器與控制系統不必要的連線，以避免傳導干擾。除了控制系統與變頻器之間必須的控制線外，其它如控制電源等應分開。

由于控制系統及變頻器均需要24V直流電源，而生產廠家為了節省一個直流電源，往往用一個直流電源分成兩路分別對兩個系統供電，有時變頻器會通過直流電源對控制系統產生傳導干擾，所以在設計中或訂貨時要特別加以說明，要求用兩個直流電源分別對兩個系統供電。

8）注意防止發生共振現象。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機轉矩中含有脈動分量，有可能造成電機的振動與機械振動產生共振，使設備出現故障。應在預先找到負載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設置，躲開共振頻率點。

變頻調速電氣系統的電磁兼容性是一項十分復雜的系統工程。首先要找到干擾的源頭，先把源頭抑制，要根據現場的實際情況，綜合考慮，采取經濟可行的抑制干擾措施。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“變頻器的干擾抑制實例分析”，作者為吳惠強、楊炯。）