变频器应用中干扰研究论文

摘要：本文通过对变频器干扰的现象分析以及干扰机理的探讨，得出了解决由于变频器干扰瓦斯监控系统的有效措施。关键词：变频器瓦斯监控系统干扰机理0引言新世纪以来，伴随着科学技术的不断进步，变频技术由于具有节点、平稳启动切安全的优点，所以在煤矿生产过程中得到了广泛的应用。下面小编整理了一些《变频器应用中干扰研究论文 (精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

变频器应用中干扰研究论文 篇1：

矿用变频器干扰问题及解决对策

【摘要】本文介绍了矿用变频器产生干扰的原因、干扰类型和传播途径，并提出了相应的抗干扰解决对策。

【关键词】煤矿安全变频器干扰抗干扰

Interference and Countermeasures for Mining Frequency Converter

Wang Shuai

（Shenyang Branch of China Coal Science and Industry Group， Fushun 113122， China）

一、引言

变频器是20世纪70年代初随着电力电子技术、PWM控制技术的发展而出现的一种交流感应电机调速装置。随着科学技术的进步，变频器的功能已日趋完善。变频调速器由于其功率因数高，对电网冲击小，起动平稳、转矩大、调速范围广等优点被广泛用于煤矿行业，给煤矿的自动化生产带来了很大的便利。

变频器在煤矿井下应用日益广泛的同时，也带来严重的干扰问题。由于其IGBT功率模块的高频运行方式，不可避免地产生了大量的电磁噪声，对周边的电子电器产品产生了严重电磁干扰。这导致出现前级电磁起动器、馈电开关、低压保护箱等设备的误动作、控制系统误报警、控制总线误动作等变频器工作时其他系统设备无法正常运行问题，从而造成系统设备故障和生产事故。矿用变频器的安全标志检验中也明确规定了矿用变频器产生的传导干扰和辐射干扰的限值必须控制在一定范围之内。因此必须采取有效措施来抑制或消除变频器的干扰。

二、变频器原理及干扰形成的原因

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。现在使用的变频器主要采用交-直-交方式。先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的主电路一般由整流、直流环节、逆变3部分组成，如图1所示。变频器的输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，它们都是由起开关作用的非线性元件组成的。而在开、停的过程中，都要产生高次谐波，从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。电压和电流的高次谐波成分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。

三、变频器的干扰类型和干扰途径

3.1电磁辐射

在交-直-交变换过程中，通过逆变装置工作，将直流变成交流，其输出波形不是完美的正弦波，含有丰富的高次谐波成分，会在通信设备和无线电设备上产生电磁辐射干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术。高载波频率工作的功率器件IGBT的高速切换所引起的辐射干扰问题相当突出。变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞时就会辐射出来。对矿用隔爆型变频器来说，其隔爆外壳是一个屏蔽壳。由于隔爆面接触不可避免地存在极微小间隙，观察窗是钢化玻璃，它们能隔火，但是隔不了磁辐射信号。辐射方式是频率很高的谐波分量的主要传播方式。

3.2传导

3.3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也有限，而该干扰源又不直接与其他导体连接，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它导线或导体内感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合由导体间的电容耦合或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及相邻导体的距离等因素有关。在煤矿井下，对工控计算机和各类自控装置产生的干扰主要是感应耦合干扰。

四、变频器干扰的解决对策

根据电磁干扰的原理，形成电磁干扰必须具备三个要素：干扰源、传播途径、接收器（对干扰信号敏感的设备）。因此，相应的解决对策可以概括为：隔离或抑制干扰源、切断传播途径、降低接收器对干扰信号的敏感性。

4.1使用隔离变压器

所谓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，通常是在电源和变频器之间采用隔离变压器以免传导干扰。电源隔离变压器可以采用噪声隔离变压器、自耦变压器、相位角相差30度的三绕组变压器或多绕组变压器。

其作用有2个：（1）隔离作用，既隔离外界对变频器的干扰，又隔离变频器对外界的干扰。（2）抑制电流跳变或浪涌，当变频器工作在四象限时，如控制绞车、提升机或处于回馈制动时，电能向电网回流，可以避免冲击。

4.2使用电抗器

在变频器输人回路内串人电抗器用来抑制较低谐波电流，根据接线位置的不同，主要分为交流电抗器和直流电器两种。在变频器的输入端串入交流电抗器，根据所接电抗器电抗率的大小，可以消除某些频次的谐波，同时也能起动平衡三相电流和抗冲击电流的作用。该方案价格低，但限制谐波的效率有限，且电抗太大时会产生无法接受的电压降损失。

4.3安装滤波器

在变频器的输入及输出侧加滤波器，可以滤去高次谐波。除传统的无源滤波器（LC滤波器）目前还在应用外，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。它串联或是并联于主电路中，实时从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐电流大小相等，方向与之相反的补偿电流，这样使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿不受电网阻抗的影响，因此受到广泛重视。

4.4屏蔽干扰源

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方式。通常矿用变频器本身用隔爆外壳屏蔽，阻止电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是外部信号控制变频器时，要求信号线尽量短些，采用双芯屏蔽以降低共模干扰，并与电路及控制回路完全分离，决不能放于同一配管或线槽内。将计算机控制单元予以屏蔽，IGBT的驱动单元和控制单元之间使用光纤进行信号传递。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。

4.5合理布线

合理布线能够在相当大程度上削弱干扰信号的强度。不仅可以减小寄生耦合，而且可以使结构简化、调试更加方便、成本大幅度降低。

在布线时，应根据电路要求，按功率大小、信号强弱与性质等因素，分别集中布线。电源线和地线要粗并远离信号线。模拟地、数字地、电源地等各自分开铺设线路，然后成辐射状把它们汇集到一个公共接地点上。控制信号线与动力电缆分开配线，运行现场设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入、输出线以降低共模干扰。

4.6正确接地

实践证明正确的接地可以有效降低变频器对其它设备的干扰。变频器使用专用接地线和专设的接地端子，变频器接地导线的截面积一般应大于2.5mm2，长度应在20m以内，接点要与其它动力设备接地点分开，不能共地。尽量减少接地端子连点的电阻。

五、结语

随着电力电子及微电子技术的新理论、新技术不断在变频器上的应用，变频器的抗干扰技术已成为变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题。由于煤矿井下是爆炸危险性的环境，矿用设备的运行必须更加安全可靠。矿用变频器抗干扰技术的不断进步对于提高变频器设备运行的可靠性和增强煤矿安全生产能力具有重要的现实意义。

参考文献

[1]孙传森.变频器技术[M].北京：高等教育出版社，2005

[2]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].第四版，机械工业出版社，2000

[3]刘宏鑫.在采用变频器控制系统中接地问题的研究[J].变频器世界，2002，6（9）：46-50.

[4]李良仁等.变频调速技术与应用[M].电子工业出版社，2004

[5]张燕宾.变频调速成460问[M].北京：机械工业出版社，2006

[6]张六一.变频器使用过程的干扰源和抗干扰措施[J].冶金丛刊，2007（1）：13-14.

作者：王帅

变频器应用中干扰研究论文 篇2：

浅析变频器对瓦斯监控系统的干扰

摘要：本文通过对变频器干扰的现象分析以及干扰机理的探讨，得出了解决由于变频器干扰瓦斯监控系统的有效措施。

关键词：变频器 瓦斯监控系统 干扰 机理

0 引言

新世纪以来，伴随着科学技术的不断进步，变频技术由于具有节点、平稳启动切安全的优点，所以在煤矿生产过程中得到了广泛的应用。但是它也危害着煤矿井下的安全监控系统。由于在变频过程中伴随着大量的频率辐射产生，这样会使得矿井整个供电系统受到影响。导致监控系统的电气设备电源污染严重。

1 变频干扰的现象分析

晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件在变频器中得到了广泛的应用，它所产生谐波引起的THDv对电网有较强的传导干扰，这样对电网的供电质量有负面作用。观测显示，井下用变频器干扰瓦斯监控系统的现象为：瓦斯传感器对较大数值不太敏感，只是在系统内部的数据有增加的趋势，在瓦斯传感器工作正常的状况时，其频率输出与显示的数据无任何关系。

2 变频干扰产生的机理

变频器工作原理如下:它主要是通过三相直流电压直接从外部输入380V／50Hz的工频电源再经过滤波器将其转化为频率变化的交流信号。概括起来说就是交一直一交主电路。

2.1 输入侧产生谐波机理 在电源侧，晶闸管供电的直流电动机、无换向器电动机以及通用变频器等上都会有整流回路，并且由此能够产生谐波，这些谐波都是由于它的非线性关系引起的。

2.2 输出侧产生谐波机理 由于那些逆变回路的输出电流和电压中都有谐波的产生。当变频器是电压型，并且受到PWM控制时，它的输出电压波的形式都是以矩形波存在。调制频IGBT变频器的工频为20KHz时候，它属于超波，人不可能听得到，但是这种波形信号本质存在。我们可以通过电压矩形波以及电流正弦傅立叶级数计算分析可以得出各次谐波的含量。因此，输出回路电流信号从而可以将其分解为正弦波的基波和其它各次谐波的之和，而高次谐波电流对负载直接干扰。

3 变频器干扰的原因

通过我们学习过的电磁的基本原理可知，要在空间中产生电磁干扰，必须要满足三方面的要求：一是电磁干扰源、二是电磁干扰途径、三是对电磁干扰敏感的系统。所以，要想抑制干扰，主要是从对电磁的抗和防两个基本方面进行分析，它的总体思想是：对干扰源进行抑制，以至于能够消除，对干扰系统的耦合通道尽量切断联系，以此来消弱系统干扰信号的灵敏度。具体问题具体分析，我们根据煤矿实际情况，详细分析了干扰的三要素。

3.1 电磁干扰源（变频器干扰） 变频器输入和输出部分的回路分别是整流电路和逆变电路，在这两种电路都是由起开关作用的非线性元件组成。在其运行工作中，要使得产生高次谐波，那么电路中的非线性元件必须使得开关动作迅速，这样才能使得输入设备的电源和输出电压和电流缠身的波形出现畸变，从而使得这样对设备和控制电路中的检测元件和控制器件产生干扰。

3.2 电磁干扰途径 对于电磁干扰传播来说，其主要途径有辐射、传导、感应耦合。我们知道抑止干扰源对其他设备、检测元件、控制设备的干扰，最有效的途径就是从传播途径上将干扰切断。

3.2.1 辐射 辐射是一种扩散的形式，以电磁干扰的方式向四周辐射，对于其辐射的场强的影响因素主要有一下几个：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。辐射是高频谐波的主要传播方式。由于变频器作为主要的干扰源，其在工作中它的输出电压和输出电流都会产生很多的高次谐波，使得开关在作告诉切换过程中会使得产生更加严重的辐射。

3.2.2 传导 电磁干扰不仅可以是向外发射的形式的辐射，也可以是通过阻抗耦合或接地回路耦合的方式將干扰带入其它电路。两者相比较，后者传播的干扰的距离能够更远一些。

3.2.3 感应耦合 感应耦合是处在辐射与传导之间的第三条传播途径。由于感应耦合时其干扰源的频率比较低，其干扰电磁波的辐射也比较有限，所以感应耦合不能直接像辐射和传导那样传播，但是由于电磁干扰的能量可以经干扰源输入、输出导线与其他导体发生感应耦合。使得在领进的导线内产生感应电流或电压。感应耦合的主要表现形式有：导体间的电容耦合的形式，电感耦合的形式或电容、电感混合的形式。所以感应耦合可以分为电流耦合、电感耦合、电容耦合。其影响感应耦合的因素有干扰源的频率、与相邻导体的距离以及设备供电线路等。

3.3 对电磁干扰敏感系统的抗干扰 由于瓦斯监控系统对电磁干扰系统比较敏感，所以我们可以采用屏蔽及洁净无污染的电源供电能提高其抗干扰性能。

4 变频干扰的解决方法

4.1 加装交流电抗器和直流电抗器 在变频器输入侧加装交流电抗器要满足的条件是配电变压器容量大于500kVA以及变压器容量大于变频器容量的10倍以上，当输出的三相电压不平衡时，并且它的不平衡率在3％以上，这个时候变频器输入电流峰值就会变的相当大，以至于使得导线过热，因此此时必须加装交流电抗器，必要时可以加装直流电抗器，见于图一、图二。

4.2 加装无源滤波器 由图三所示，将无源滤波器的安装位置一般在变频器的交流侧，无源滤波器主要由L、C、R元件来构成谐振回路，当Lc回路的谐波频率和某一次高次谐波电流频率一致时，这样就可以阻止高次谐波流入电网。无源滤波器优点主要有结构简单、投资少、频率高、运行可靠及维护方便，而它的缺点是滤波易受系统参数的影响，对某些次谐波进行放大，而且耗费多、体积大。

4.3 除以上解决方法以外还可以从电磁干扰的三要素出发来研究抗干扰措施。

① 干扰源的抗干扰 对于干扰源，一般采用的主要措施是：屏蔽、接地等将干扰源的电磁干扰向外传播的可能性给切除。

② 传播过程的抗干扰

隔离干扰源是在传到过程中抗干扰有效的措施之一。当供电电源受污染后，使得它的谐波成分比较高，对于这种情况，可以采用电抗器及滤波器能够有效地抑制干扰信号，良好的接地是提高抗干扰能力的重要措施。

使用无源滤波器其主要是改变在特殊频率下电源的阻抗，它主要适用于稳定、不改变的系统。

对于辐射干扰，采用屏蔽线或穿管走线也可以很好地降低辐射干扰，远离辐射源也是抗干扰的一种有效办法。耦合通过合理布线、有效屏蔽以及可靠接地等，可以大大提高抗干扰能力。

③ 对电磁干扰敏感系统的抗干扰

瓦斯监控系统对电磁干扰的系统较为敏感，采用屏蔽及洁净无污染的电源供电能够提高其抗干扰性能。

5 结语

实践证明，选用上述抗干扰措施简单、经济、可行，很好地解决了井下使用变频设备对安全监控系统的干扰影响，为矿井生产和安全提供了有力的保障，同时也避免了采用设备间全屏蔽所带来的昂贵代价，比较经济合理的解决了这一现场问题。

参考文献：

[1]王衍生等，监测监控系统在矿井瓦斯管理中的应用，2000.

[2]刘广顺.变频器干扰煤矿瓦斯监控系统的解决方法.2007.

[3]张隆科等，浅谈如何管好用好矿井瓦斯监测监控系统，2007.

[4]董新国.瓦斯监控系统在煤矿安全生产中的作用.2008.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

作者：丁刚

变频器应用中干扰研究论文 篇3：

矿井变频器干扰问题的解决方案

摘要：煤矿机电设备不同于普通的电器设备，它对设备的安全和质量等级要求很高，必须保证设备的质量问题。但是变频器干扰问题一直是困扰煤矿行业的常见问题，造成故障的原因很多，需要工程师结合理论知识和实际经验分析，最后解决问题。本文主要以某矿井变频器故障为实例，论述了如何解决变频器干扰的问题。

关键词：煤矿机电设备；变频器干扰；故障；理论知识

背景

变频调速技术以其优异的调速性能和显著的节能效果成为目前最流行的交流调速方式。逆变器系统的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。变频器及其节电、高可靠性和高效率广泛应用于各行各样的等电气设备中，保证了使用的精度，降低了劳动强度，提高了经济效率，但也带来了一些干扰问题。严重的干扰会对其控制电路造成损害，对微处理器失去控制等，导致设备和生产事故。因此，工程技术人员应熟悉逆变器干扰的类型、原因及对策，以保证设备的正常运行。

具体案例说明：钻井一公司项目一部钻井队的设备是于2012年8月份投产使用的，设备在某石油机械厂验收期间就发现CAT发电机组存在突然停机问题。同时，由于发生停机的时间不确定，发生频率不高，停机后还能正常启动，没有任何异常显示，停机问题一直没能找到根本原因，后来经多次处理都没能彻底解决此项问题。

随着设备使用年限增加和电气元件老化，CAT发电机组停机评论随之增加。在正常生产时，井队由于此问题造成多次顿钻，溜钻事故，对设备造成损坏的同时影响钻井生产的顺利进行，加大了井下事故的发生频率，严重威胁人身、设备、井下安全。

1.钻井队变频器遇到具体的故障

钻井队在依深1井起井架前，变频器速度反馈使用编码器时，系统电流相对较小，就会出现CAT发电机组频繁停机情况；如果速度反馈不适用编码器，系统电流相对较大，停车频率会有所减少，但绞车同步问题就得不到保证。另外，CAT发电机组在运行时，发动机系统状态指示灯一直闪烁；停机前，仪表盘上指示进气阻力增大，转速下降停机。

2.干扰的原因分析

2.1变频器产生的干扰

变频器由主电路和控制电路两部分组成。变频器整流桥对于电网来说是一种非线性负载（开关作用），在工作的时候产生的高次谐波，这些高次谐波会对同一电网的其他电器设备产生谐波干扰。控制回路是一个小的能量和微弱的信号环，极易受到其他设备的干扰，导致逆变器本身和外围设备无法正常工作。逆变器逆变器主要采用PWM技术。在实际工作时需要高速的切换工作模式，这样就会产生大量的耦合噪声。这些噪声信号就会以各种方式进行能量的传播，形成逆变器本身和其他设备的干扰信号，这种干扰在实际的工程项目中经常出现。

2.2电网对变频器的干扰

电网的干扰主要是通过影响变频器的电源来干扰变频器。在实际工作中，电网中存在着很多谐波源，如各种整流设备、交流直流交换设备、电子调压设备、非线性负载、照明设备等。这些负载容易导致电网中的波形和电压失真，可能对电网中的其他设备造成有害干扰。在逆变器的电源被受污染的交流电网干扰后，如果未处理，电网噪声会通过电网供电线路干扰逆变器。电源对逆变器的干扰源主要表现为如下几种故障：过电压、欠压、瞬时功率损耗、大幅下降、峰值电压脉、无线电频率干扰等。其次，通过逆变器控制信号线的共模干扰也会干扰逆变器的正常工作。

在上面的式子中： f表示的是电源频率；p表示的是电机极对数；s为电机转差率；n表示的为电机转速，只要改变f，就可实现n的变化而达到无级调速的目的。当电源网络中有一个大容量的晶闸管在进行整流工作时，因为晶闸管在进行整流工作时，它的每一相位都会有一段时间处于打开状态，容易造成电压的缺口，这时候的波形会严重失真。逆变器输入端整流电路由于反向恢复电压较大而损坏，最终导致输入电路故障损坏。

3. 变频器故障分析

通过现场情况分析，造成CAT发电机组频繁停机的主要原因是变频器的电磁兼容性不好，加之多年使用后，变频器中的电气元件存在不同程度的老化，所以变频器在使用时产生大量高频有害解波，这些有害谐波对CAT发电机组上的DC24V電源产生影响，同时干扰CAT发电机组上的发动机调速信号。另外，动力电缆和控制电缆在敷设时都在同一个电缆槽内，电磁感应也会对控制系统产生一定干扰。

4. 变频调速系统的抗干扰对策

在工业领域，必须采取适当的措施减少干扰，并在允许的范围内抑制干扰。电磁干扰（EMI）的形成必须包含三个要素：电磁干扰源、电磁干扰路径和对电磁干扰敏感的系统。相应地，抗干扰有三种基本原则：一是从源头入手，抑制和消除干扰源；二是切断干扰对系统的传播路径；三是降低系统对干扰信号的灵敏度。

在工程中，屏蔽、隔离、滤波、接地等通常用于抑制干扰。

4.1屏蔽干扰源

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效途径。通常情况下，逆变器本身由铁壳屏蔽，输出线由钢管屏蔽，以避免电磁干扰的泄漏。同时，信号线尽可能短（一般在20米），和信号线屏蔽的双核心，连接到主电路（AC380 V）和控制线（AC220 V）是完全分离的，和周围的敏感电子设备线路也必须保护，必须可靠的接地和屏蔽。

4.2进行滤波处理

滤波是通过电源线对电源和电机的传导干扰来抑制逆变器的干扰信号。滤波器是用于衰减高频谐波分量。在逆变器的输出端提供一个输出滤波器，以减少其他因素对于电源的干扰。同时也可以在逆变器的输入端可以设置一个输入滤波器，以减少来自电网的干扰。

图1 微机控制板的电源抗干扰措施

4.3设置公地线

接地线是工程上最常见的抑制干扰传播的方式。良好的接地能有效抑制外界干扰，同时也能够减少设备本身的干扰。但是电机等强电气控制系统的接地线必须进行的可靠接地，同时微机控制板的屏蔽接地应单独接地，他们不可以公用地线。对于某些严重的干扰情况，建议将传感器和I/O接口屏蔽连接到控制板的控制地面。

4.4采取隔离措施

隔离是指从电路中隔离干扰源和容易受到干扰的部分。通常，在电源和放大器电路之间的电源线上使用隔离变压器，最常用的变压器光耦隔离装置，这样可以将电信号隔离开来，可以最大程度地减少避免干扰。

5. 结语

通过此次设备改造，我们用较少的投入，有效解决了长期困扰钻井队的疑难问题，使设备可以正常运转，也避免了井下复杂事故的发生，更为人身安全、设备安全和技术安全提供了可靠保障。

参考文献：

[1]满永奎等.通用变频器及其应用.机械工业出版社，2002年， 6（9）：146 -150

[2]刘宏鑫.在采用变频器控制系统中接地问题的研究[ J].变频器世界，2002，6（9）：46 -50

[3]张燕宾.变频器调速应用实践.机械工业出版社，2001年，7（8）：42 -46

[4]李良仁等.变频调速技术与应用.电子工业出版社，2004年

作者：侯彪