滤波器在电磁场干扰抑制中的应用

科技信息　工程技术　变频器应用由昀干瓤及萁抑制　北京建工集团辽宁分公司　季悦　东北金城建设股份有限公司　吴德刚　变频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。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节能、可靠、高效的　特性应用到了工业控制的各个领域中，保证了调节精度，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。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。　１．变频调速系统的主要电磁干扰源及途径　１．１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。　１．２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，主要　分电磁辐射、传导、感应耦合。　１）电磁辐射　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ｌｋＶ／　ｓ以上）所弓ｌ起的辐射干扰问题相当突出。　２）传导　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，还可以通过阻　抗耦合或接地回路耦合将干扰带人其它电路。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　电变压器最终又进人民用低压配电网络。　３）感应耦合　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于扰电流或电压。感应耦合可以由导体闯的电容　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棚邻导体的距离等因素有关。　２．抗电磁干扰的措施　根据电磁性的基本原理，形成电磁干扰须具备电磁干扰源、电磁干　扰途径、对电磁干扰敏感的系统三个要素。防止干扰，，一般从“抗”和　“防”两个方面人手，其总原则是抑制和消除干扰源、切断于扰对系统的　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人滤波　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，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。　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，安装工艺要求如下：　ａ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。　ｂ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９Ｏ。交叉布线。　Ｃ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。　ｄ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。　ｅ用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。　ｆ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。　３．变频控制系统应用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。　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动（停止）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动（停止）。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。　５）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。　６）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。　７）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。　４．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。我们相信变频器的ＥＭＣ问题一定　会得到有效解决。　．

应用技术　

Ｉ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　

变频器应用中的干扰及其抑制　

刘亦坚　

（河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂４７１０００）　

［摘　要］变频器在工业生产中的应用越来越广泛，其干扰问题日益引起人们的重视。本文主要介绍了变频器应用系统中干扰产生的来源及其传播途径　

提出了抗干扰的实际解决方法，阐述了在变频器应用系统设计和安装中抑制干扰的具体措掩。　［关键词］变频器于扰抑制　

中图分类号：ＴＮ７７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－９１４Ｘ（２０１０）３３—０２４８一Ｏ１　

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，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。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变频调逮系统的主要电磁千扰源及途径　２　１主要电磁干扰源　

电磁干扰也称电磁骚扰，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。　

２００７年第１期　总第９６期　通　信　Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　对　抗　Ｃ０ＵＮ　ｎ　ＲＭＥＡＳＵＲＥＳ　Ｎｏ．１　２０ｏ７　Ｓｕｍ．９６　

干扰抑制技术在通信侦察中的应用　

李立峰　

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄０５００８１）　

摘要：介绍了两种用于智能天线的抑制干扰波束形成算法，与传统的Ｃａｐｏｎ波束形成算法相比，　

介绍的算法不仅能够在干扰信号方向形成零点，并且还可以在指定方向形成零点，从而更好地提高接收　

信号的信干比。从稳健性而言，介绍的两种算法要高于传统的Ｃａｐｏｎ波束形成算法。　

关键词：Ｃａｐｏｎ；干扰抑制；波束形成　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ－Ｒｅｓｔｒａｉｎ　ｉｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　

ＬＩ　Ｌｉ－ｆｅｎｇ　

（Ｎｏ．５４　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＣＦ．ＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ—ｒｅｓｔｒａｉｎ　ａｐｐｒｏａｃｈｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ　ａｒｉｔｈｍａｔｉｃｓ　ｃａｎ　ｆｏｒｍ　ｚｅｒｏ—ｐｏｉｎｔｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｉｎ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｉｎ　ａｐｐｏｉｎｔｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ，ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　

Ｃａｐｏｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ．Ｔｈｉｓ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ＳＩＮＲ　ｔｏ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｓｉｎｇａｌｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｓ　ｈａｖｅ　ａ　ｇｏｏｄ　ｓｔａｂｌｅｎｅｓｓ　

ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ｃａｐｏｎ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃａｐｏｎ；ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ－ｒｅｓｔｒａｉｎ；ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ　

１引言　

随着电子情报信息在现代战争中的作用日益突出，　

・输配水技术与设备・　ＣＩＴ　Ａ　ＮＤ　ＴＯ　ＷＩｇ　ＷＡＴＥＲＳＵＰＰ疆Ｌｇ　ｑｐ，　瀚　黼麓毋　■　疆　Ｉ，　

变频器应用中的干扰及抑制　

王峰　郭京　梁　良　

（北京市自来水集团有限责任公司第九水厂，北京１００１９２）　

摘要：变频器是工业控制中的一种通过改变供电电源频率来调节电动机转速的装置。变频器以其具有节　

能、可靠、高效的特性在供水系统中得到广泛应用。为了提高生产效率，北京市自来水集团第九水厂一、二　

期工程中引进了四台西门子电流源型变频器。由于电流源型变频器的工作原理不可避免的带来了以谐波、噪　

声等为表现形式的干扰问题。本文主要探讨了变频器在我厂应用中遇到的电磁干扰的危害及抑制干扰的有效　

措施。　

关键词：变频器干扰抑制　

北京市自来水集团有限责任公司第九水厂是北京　

市最大的地表水厂，设计日供水能力ｌ５万立方米，承　担着５０％的首都供水重任．第九水厂一期（１　９８６年）装　

配有２台２５００ｋｗ西门子电流源型模拟控制变频调速装　

置，二期装配有２台２５００ｋｗ西门子电流源型数字控制　

变频调速装置。这４台变频调速装置具有调节转速方　

便、调节精度高、减轻了工作人员劳动强度、节电节　

能、可靠性高等优点。同时，由于电流源变频器的工　

作原理，不可避免的带来了以谐波、噪声等为表现形　

式的电磁干扰问题。这些电磁干扰会对设备及附近的　

仪器仪表产生影响，对电网电力系统产生污染。　

北京第九水厂４台西门子ＳＩＭＯＶＥＲＴ　Ａ电流型变　

频器，由于触发换相角不等，该装置产生大量谐波，　

并且非特征谐波含量也很大，电磁干扰严重，造成继　电器信号盘元件振动噪声最大，主变压器运行噪声　

加剧。后经９０年电力科学研究院、市政设计院、大连　

第二变压器厂、第九水厂等单位组织设计解决方案，　

安装一套滤波装置有效解决了电磁干扰问题，但是该　

方案设备投资比较大。而后二期机房引进２台西门子　

变频器，这样原一期设计的高通滤波装置容量明显不　

能满足使用要求。因此，对原有滤波器进行了重新设