王清科
国家能源集团，神东煤炭集团，高端开发项目部 陕西 榆林 719315
摘要：在连续采煤机的变频调速系统中，变频器会产生和受到各种电磁干扰。本文将重点围绕变频器的干扰原因以及抗干扰措施进行分析，以供参考。
关键词：连续采煤机；变频器；干扰来源；抗干扰措施
1.前言
变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF( Variable Voltage Variable Frequency）。其主要优点：1、平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全2、在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度；3、无级调速，调速精度大大提高4、电机正反向无需通过接触器切换；5、方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制。在各种调速方式中，交流变频调速技术已被国内外公认为是最理想、最有发展前途的一种调速方式。随着我国经济的发展和科技的进步，交流变频调速的应用越来越广泛。由于变频器使用脉宽（PWM）调制模拟交流信号会产生大量的谐波对电网及其他用电设备正常运行产生干扰，有必要对其采取一定的抗干扰措施。
2.变频器干扰的产生及传播途径
电磁能量从一个设备(发射机)到另一个设备(接收机)的不希望或者非故意祸合称为电磁干扰其分为外部干扰和内部产生干扰。以下参照变频器原理图1进行说明。
图1 变频器原理图
2.1外部干扰源
（1）晶体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导通，容易使网络电压出现凹凸。它使变频器输入侧的整流电路有可能因此出现较大的反向电压而受到损害。
（2）补偿电容器的投入和切出对变频器的干扰。当在供电线路的变电所内采用集中电容补偿的方法来提高功率因数时，在补偿电容投入和切出的暂态过程中，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内承受过高的反向电压而击穿。
2.2内部产生干扰
变频器的整流部分是非线性电路（参照图1）。当正弦电压加到其时，电流就变为非正弦波。非正弦电流在电网的阻抗上产生压降使电压变为非正弦波。通过傅立叶级数分析可知，变频器输入输出电流中都含有比较多频率为大于1、整数倍基波频率的分量，也就是谐波。它以各种方式将能量传播出去，形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。他们在调试变频器时，只要整流侧投入运行，和变频器输入电缆放在一起的瓦斯监控装置就会立即误报警。经过检测，发现是电缆在一起平行放置而且靠得太近，以致电磁辐射干扰和传导造成的。对电缆采取屏蔽措施后，这一故障随即消除。变频器产生的噪声主要有发射性噪声、静电感应噪声、电磁感应噪声和传输噪声等。多数变频器的逆变部分输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，载波频率都在2k以上，工作时产生大量的祸合性噪声干扰。变频器是由数字电路组成的，而数字电路经常存在电源干扰、地线干扰、串扰、反射、公共阻抗干扰和静电放电噪声等干扰。
2.3电磁干扰传播途径
图2 干扰传播途径
变频器的主回路一般为交一直一交拓扑结构（参照图1），输入、输出电流波形中含有功率比较大的谐波，对系统其它设备的干扰性比较强。其干扰途径主要有电磁辐射、传导和感应祸合见图2。
（1）辐射祸合。变频器如果无密闭则会向外辐射电磁波，辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置等效辐射阻抗及干扰源发射频率。同样，外部辐射也会干扰变频器的正常工作。
（2）传导藕合。电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也可以通过阻抗藕合或者接地回路藕合将干扰带入到其它电路中去。
（3）感应祸合。这是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。频率比较低的时候，电磁波的辐射能力相当有限，而这个干扰源又不直接与其它导体相连接，但是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产生感应藕合，在邻近的导线或导体内部感应出干扰电流或电压。同样，系统内的干扰信号通过相同途径也会干扰变频器正常工作。
3.谐波的危害
3.1谐波干扰会导致采煤机继电器保护装置的误动作，使电流互感器，温度变送模块等元器件信号检测不准确，尤其是对主控制器的遥控接收单元干扰，使其不能准确的接收遥控信号，并且谐波的干扰造成遥控距离大大缩短。
3.2谐波会使牵引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。
3.3谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。谐波会使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费;由于中性线导线较细，当大量的三次谐波电流流过中性线时，会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏。
4.变频器的抗干扰措施
4.1串入输入、输出电抗器
在变频器的输入回路中，频率较低的谐波含量（5～11次等）所含的比重较高。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。在输入电路中串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。输入电抗器串联在电源与变频器输入侧之间，进线电抗器的主要作用有：降低变频器产生的谐波，同时增加电源阻抗；吸收削弱附近设备产生的浪涌电压、电流和主电源的电压尖峰对变频器的冲击；削弱电源电压不平衡对变频器的影响。直流电抗器串联在整流桥和滤波电容之间，它的功能主要就是削弱逆变器输入电流中的高次谐波成分，并且可通过抑制谐波电流来提高功率因数。串如输出电抗器可减少变频器的电磁辐射。
4.2串入滤波器
在变频器的输入、输出侧电路中，除上述较低次的谐波成分外，还有许多频率较高的谐波电流，它们将以各种方式形成对其他设备的干扰信号，滤波器用于削弱频率较高的谐波分量。变频器输入端电源滤波器是采用高磁导率的铁氧体磁心及铁粉芯，配接一定的电容，构成LC滤波器，将变频器产生的高次谐波（在某一频带内的）滤掉，而使临近或同一电网工作的电器设备不受干扰，能够正常工作。变频器输出端电源滤波器采用电感滤波，抑制变频器输出的传导干扰和减少输出线上低频辐射干扰，使直接驱动的电机电磁噪声减小，使电机的铜损、铁损大幅减少。
4.3使用屏蔽电缆及合理布线
使用屏蔽电机电缆。对于高频干扰，如果高次谐波干扰电流Is有一条合理的通道，则高频干扰是可以得到抑制的。如果使用非屏蔽电缆，则高次干扰谐波电流Is以一个不确定的路线流回变频器，并在此回路中产生高频分量压降，影响干扰其他设备。为使高次谐波干扰电流Is能沿确定路线流回变频器，需要采用屏蔽电机电缆。电缆屏蔽层必须连接到变频器外壳和电机外壳上，当高次谐波干扰电流Is必须回变频器时，屏蔽层形成一条有效的通道。
（2）屏蔽信号电缆增强抗干扰（见图3）。当变频器作为被干扰对象时，高次谐波干扰电流可以通过电势和耦合电容进入变频器，并且在阻抗上产生一个压降，导致噪声干扰。为此，最有效的方法是严格隔离高频干扰和信号电缆，并且信号电缆屏蔽一定要在两端接地。控制电缆最好使用屏蔽电缆，一般来说，控制电缆的屏蔽层应直接在变频器的内部接地。当屏蔽层两端的差模电压不高和连接到同一地线上时，也可以将屏蔽层的两端直接接地。信号线和它的返回线绞在一起，减小感性耦合引起的干扰。绞合越靠近端子越好。模拟信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线。不同的模拟信号线应该独立走线，有各自的屏蔽层，以减少线间的耦合。不要把不同的模拟信号置于同一个公共返回线。低压数字信号最好使用双屏蔽的双绞线，也可以使用单屏蔽的双绞线。
图3 屏蔽信号电缆
良好的接地及合理的布线。确保箱体中的所有设备接地良好，使用短和粗的接地线连接到公共接地点或接地母排上。特别重要的是，设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入、输出线；电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行。
5.结束语
综上所述，在治理上采用加电抗器，滤波器的方式减少回路阻抗，降低了对电网的污染，通过合理布线、屏蔽辐射等措施抑制谐波电流干扰，大大提高了控制系统的稳定性及遥控距离，同时保证了变频设备的稳定运行。
参考文献
［1］周志敏.变频器工程应用［M］.北京:机械工业出版社,2016.
［2］王定华.电磁兼容性原理与设计［M］.成都：四川电子科技大学出版社，2015.
论文作者:王清科
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/4
标签：变频器论文; 干扰论文; 谐波论文; 电流论文; 屏蔽论文; 电缆论文; 电压论文; 《防护工程》2018年第25期论文;