變頻器應(yīng)用中的存在的干擾問題及對(duì)策

張健昌

摘 要：本文介紹了變頻器控制電路結(jié)構(gòu)及其抗干擾措施，同時(shí)提出了對(duì)變頻器干擾的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：變頻器；應(yīng)用；干擾；對(duì)策

隨著變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中日益廣泛的應(yīng)用，了解變頻器的結(jié)構(gòu)，主要器件的電氣特性和一些常用參數(shù)的作用及其常見故障對(duì)于實(shí)際工作越來(lái)越重要。

1 變頻器控制電路

給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)，稱為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運(yùn)算電路，主電路的電壓，電流檢測(cè)電路，電動(dòng)機(jī)的速度檢測(cè)電路，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路等組成。無(wú)速度檢測(cè)電路為開環(huán)控；在控制電路增加了速度檢測(cè)電路，即增加速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行更精確的閉環(huán)控制。

1.運(yùn)算電路將外部的速度，轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流，電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

2.電壓、電流檢測(cè)電路為與主回路電位隔離檢測(cè)電壓，電流等。

3.驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路，它與控制電路隔離，控制主電路器件的導(dǎo)通與關(guān)斷。

4.I/O電路使變頻更好地人機(jī)交互，其具有多信號(hào)（比如運(yùn)行多段速度運(yùn)行等）的輸入，還有各種內(nèi)部參數(shù)（比如電流，頻率，保護(hù)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)等）的輸入。

5.速度檢測(cè)電路將裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（TG、PLG等）的信號(hào)設(shè)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

6.保護(hù)電路檢測(cè)主電路的電壓、電流等。當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓，電流值。

逆變器控制電路中的保護(hù)電路，可分為逆變器保護(hù)和異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)兩種，保護(hù)功能如下：

（1）逆變器保護(hù)

①瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)，用于逆變電流負(fù)載側(cè)短路等，流過(guò)逆變電器回件的電流達(dá)到異常值（超過(guò)容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流，變流器的輸出電流達(dá)到異常值，也得同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。

②過(guò)載保護(hù)，逆變器輸出電流超過(guò)額定值，且持續(xù)流通超過(guò)規(guī)定時(shí)間，為防止逆變器器件、電線等損壞，要停止運(yùn)轉(zhuǎn)，恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或電子熱保護(hù)，過(guò)載是由于負(fù)載的GD2（慣性）過(guò)大或因負(fù)載過(guò)大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。

③再生過(guò)電壓保護(hù)，應(yīng)用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率使直流電路電壓升高，有時(shí)超過(guò)容許值，可以采取停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速的方法，防止過(guò)電壓。

④瞬時(shí)停電保護(hù)，對(duì)于毫秒級(jí)內(nèi)的瞬時(shí)斷電，控制電路工作正常。但瞬時(shí)停電如果達(dá)數(shù)10ms以上時(shí)，通常不僅控制電路誤動(dòng)作，主電路也不供電，所以檢測(cè)出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

⑤接地過(guò)電流保護(hù)，逆變器負(fù)載接地時(shí)，為了保護(hù)逆變器，要有接地過(guò)電流保護(hù)功能。但為了保證人身安全，需要裝設(shè)漏電保護(hù)斷路器。

⑥冷卻風(fēng)機(jī)異常，有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，當(dāng)風(fēng)機(jī)異常時(shí)裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢測(cè)出異常后停止逆變電器工作。

（2）異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

①過(guò)載保護(hù)，過(guò)載檢測(cè)裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來(lái)檢出過(guò)熱。動(dòng)作過(guò)頻時(shí)，應(yīng)考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，增加電動(dòng)機(jī)及逆變器的容量等。

②超速保護(hù)，逆變器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）其他保護(hù)

①防止失速過(guò)電流，加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對(duì)于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過(guò)電流，有時(shí)也進(jìn)行同樣的控制。

②防止失速再生過(guò)電壓，減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為防止再生過(guò)電壓電路保護(hù)動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止不能運(yùn)轉(zhuǎn)（失速）。

2 變頻器控制回路的抗干擾措施

由于主回路的非線性（進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作），變頻器本身就是諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量，弱信號(hào)回路，極易遭受其他裝置產(chǎn)生的干擾，造成變頻器自身和周邊設(shè)備無(wú)法正常工作。因此，變頻器在安裝使用時(shí)，必須對(duì)控制回路采取抗干擾措施。

（1）變頻器的基本控制回路

一般而言，同外部進(jìn)行信號(hào)交流的基本回籠路有模擬與數(shù)字兩種：

①4～20MA電流信號(hào)回路（模擬）；1～5V/0～5V電壓信號(hào)回路（模擬）。

②開關(guān)信號(hào)回路，變頻器的開停指令，正反轉(zhuǎn)指令等（數(shù)字）。

外部控制，指令信號(hào)通過(guò)上述基本回路導(dǎo)入變頻器，同時(shí)干擾源也在其回路上產(chǎn)生干擾電勢(shì)，以控制電纜為媒介侵入變頻器。

（2）干擾的基本類型及抗干擾措施

①靜電耦合干擾，指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容耦合在電纜中產(chǎn)生的電勢(shì)。當(dāng)加大與干擾源電纜的距離，達(dá)到導(dǎo)體直徑40倍以上時(shí)，干擾程度就會(huì)不太明顯，也可在兩電纜間設(shè)置屏敝導(dǎo)體，再將屏蔽導(dǎo)體接地。

②靜電感應(yīng)干擾，指周圍電氣回路產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應(yīng)出的電勢(shì)。其強(qiáng)度取決于干擾源電纜產(chǎn)生的磁通大小、控制電纜形成的閉環(huán)面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對(duì)角度?？蓪⒖刂齐娎|與主回路電纜或其他動(dòng)力電纜分離鋪設(shè)。分離距離通常應(yīng)在30cm以上（最少不低于10cm）。分離困難時(shí)，將控制電纜穿過(guò)鐵管鋪設(shè)，也可將控制導(dǎo)體絞合，絞合間距越小，鋪設(shè)的路線越短，抗干擾效果越好。

③電波干擾，指控制電纜成為天線，由外來(lái)電波在電纜中產(chǎn)生電勢(shì)?？垢蓴_措施同①②，必要時(shí)將變頻器放入鐵箱內(nèi)進(jìn)行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱務(wù)必接地。

④接觸不良干擾，指變頻器控制電纜的電接點(diǎn)及繼電器觸點(diǎn)接觸不良，電阻發(fā)生變化在電纜中產(chǎn)生的干擾，對(duì)此，采用并聯(lián)觸點(diǎn)或提高電器件等級(jí)來(lái)解決。對(duì)于電纜連接點(diǎn)應(yīng)定期做擰緊加固處理。

⑤接地干擾，指機(jī)體接地或信號(hào)接地，對(duì)于弱電壓，電流回路，任何不合理的接地均可誘發(fā)各種意想不到的干擾，比如設(shè)置兩個(gè)以上接地點(diǎn)，接地處會(huì)產(chǎn)生電位差，產(chǎn)生干擾?？蓪⑺俣冉o定的控制電纜取一點(diǎn)接地，接地線不作為信號(hào)的通路使用，電纜的接地在變頻器側(cè)進(jìn)行，使用專設(shè)的接地端子，不與其他接地端子共用。

（3）其他注意事項(xiàng)

①裝有變頻器的控制柜，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大容量變壓器和電動(dòng)機(jī)。其控制電纜線路也應(yīng)避開這些漏磁通大的設(shè)備。

②弱電壓電流控制電纜不要接近易產(chǎn)生電弧的電器件。

③控制電纜建議采用1.25mm2或2mm2屏蔽絞合絕緣電纜。

④屏蔽電纜的屏蔽要連接到電纜導(dǎo)體同樣長(zhǎng)。電纜在端子箱中連接時(shí)，屏蔽端子要互相連接。

3 變頻器干擾的對(duì)策

變頻器運(yùn)行過(guò)程中，可以從設(shè)備外部目視檢查運(yùn)行狀況有無(wú)異常，專職點(diǎn)檢員可以通過(guò)鍵盤面板轉(zhuǎn)換鍵查閱變頻器的運(yùn)行參數(shù)，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速等，掌握變頻器日常運(yùn)行值的范圍，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)變頻器及電機(jī)問題。此外，還要注意以下幾點(diǎn)：

（1）設(shè)專人定期對(duì)變頻器進(jìn)行清掃、吹灰，保持變頻器內(nèi)部的清潔及風(fēng)道的暢通。

（2）保持變頻器周圍環(huán)境清潔、干燥。嚴(yán)禁在變頻器附近放置雜

物.

（3）每次維護(hù)變頻器后，要認(rèn)真檢查有無(wú)遺漏的螺絲及導(dǎo)線等，防止小金屬物品造成變頻器短路事故。

（4）測(cè)量變頻器（含電機(jī)）絕緣時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用500V兆歐表。如僅對(duì)變頻器進(jìn)行檢測(cè)，要拆去所有與變頻器端子連接的外部接線。清潔器件后，將主回路端子全部用導(dǎo)線短接起來(lái)，將其與地用兆歐表試驗(yàn)，如果兆歐表指示在5M歐以上，說(shuō)明是正常的，這樣做的目的是減少搖測(cè)次數(shù)。

變頻器的干擾處理一般有下面幾種方式：

加隔離變壓器，主要是針對(duì)來(lái)自電源的傳導(dǎo)干擾，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。

使用濾波器，濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

使用輸出電抗器，在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用變頻器作為異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，盡管其可靠性很高，但是如果使用不當(dāng)或偶然事件，也會(huì)造成變頻器的損壞，要想在生產(chǎn)過(guò)程中，使用好變頻器，熟悉變頻器的結(jié)構(gòu)原理，了解常見故障，對(duì)于技術(shù)人員尤為重要。