各種工業控制系統中，隨著變頻器等電力電子裝置的廣泛使用，系統的電磁干擾（EMI）日益嚴重，相應的抗干擾設計技術(即電磁相容EMC)已經變得越來越重要。變頻器系統的干擾有時能直接造成系統的硬體損壞，有時雖不能損壞系統的硬體，但常使微處理器的系統程式執行失控，導致控制失靈，從而造成裝置和生產事故。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製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。談到變頻器的抗干擾問題，首先要了解干擾的來源、傳播方式，然後再針對這些干擾採取不同的措施。 一、變頻器干擾的來源 首先是來自外部電網的干擾。電網中的諧波干擾主要透過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網中存在大量諧波源如各種整流裝置、交直流互換裝置、電子電壓調整裝置，非線性負載及照明裝置等。這些負荷都使電網中的電壓、電流產生波形畸變，從而對電網中其它裝置產生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被汙染的交流電網的干擾後若不加處理，電網噪聲就會透過電網電源電路干擾變頻器。供電電源的干擾對變頻器主要有(1)過壓、欠壓、瞬時掉電(2)浪湧、跌落(3)尖峰電壓脈衝(4)射頻干擾。 1、閘流體換流裝置對變頻器的干擾 當供電網路內有容量較大的閘流體換流裝置時，由於閘流體總是在每相半週期內的部分時間內導通，容易使網路電壓出現凹口，波形嚴重失真。它使變頻器輸入側的整流電路有可能因出現較大的反向回覆電壓而受到損害，從而導致輸入迴路擊穿而燒燬。 2、電力補償電容對變頻器的干擾 電力部門對用電單位的功率因數有一定的要求，為此，許多使用者都在變電所採用集中電容補償的方法來提高功率因數。在補償電容投入或切出的暫態過程中，網路電壓有可能出現很高的峰值，其結果是可能使變頻器的整流二極體因承受過高的反向電壓而擊穿。 其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對同一電網的其它電子、電氣裝置產生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術，當工作於開關模式且作高速切換時，產生大量耦合性噪聲。因此變頻器對系統內其它的電子、電氣裝置來說是一電磁干擾源。 變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分。除了能構成電源無功損耗的較低次諧波外，還有許多頻率很高的諧波成分。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對變頻器本身和其它裝置的干擾訊號。 （1）輸入電流的波形變頻器的輸入側是二極體整流和電容濾波電路。顯然只有電源的線電壓UL大於電容器兩端的直流電壓UD時，整流橋中才有充電電流。因此，充電電流總是出現在電源電壓的振幅值附近，呈不連續的衝擊波形式。它具有很強的高次諧波成分。有關資料表明，輸入電流中的5次諧波和7次諧波的諧波分量是最大的，分別是50HZ基波的80％和70％。 （2）輸出電壓與電流的波形絕大多數變頻器的逆變橋都採用SPWM調製方式，其輸出電壓為佔空比按正弦規律分佈的系列矩形式形波；由於電動機定子繞組的電感性質，定子的電流十分接近於正弦波。但其中與載波頻率相等的諧波分量仍是較大的。 二、干擾訊號的傳播方式 變頻器能產生功率較大的諧波，由於功率較大，對系統其它裝置干擾性較強，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。具體為:首先對周圍的電子、電氣裝置產生電磁輻射;其次對直接驅動的電動機產生電磁噪聲，使得電機鐵耗和銅耗增加;並傳導干擾到電源，透過配電網路傳導給系統其它裝置;最後變頻器對相鄰的其它線路產生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統內的干擾訊號透過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。 （1）電路耦合方式即透過電源網路傳播。由於輸入電流為非正弦波，當變頻器的容量較大時，將使網路電壓產生畸變，影響其他裝置工工作，同時輸出端產生的傳導干擾使直接驅動的電機銅損、鐵損大幅增加，影響了電機的運轉特性。顯然，這是變頻器輸入電流乾擾訊號的主要傳播方式。 （2）感應耦合方式當變頻器的輸入電路或輸出電路與其他裝置的電路捱得很近時，變頻器的高次諧波訊號將透過感應的方式耦合到其他裝置中去。感應的方式又有兩種： a、電磁感應方式，這是電流乾擾訊號的主要方式； b、靜電感應方式，這是電壓干擾訊號的主要方式。 （3）空中幅射方式即以電磁波方式向空中幅射，這是頻率很高的諧波分量的主要傳播方式。 三、變頻調速系統的抗干擾對策 根據電磁性的基本原理，形成電磁干擾(EMI)須具備三要素:電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統。為防止干擾，可採用硬體抗干擾和軟體抗干擾。其中，硬體抗干擾是應用措施系統最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的藕合通道、降低系統干擾訊號的敏感性。具體措施在工程上可採用隔離、濾波、遮蔽、接地等方法。 1、所謂干擾的隔離，是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發生電的聯絡。在變頻調速傳動系統中，通常是電源和放大器電路之間電源線上採用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。 2、在系統線路中設定濾波器的作用是為了抑制干擾訊號從變頻器透過電源線傳導干擾到電源從電動機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設定輸出濾波器;為減少對電源干擾，可在變頻器輸入側設定輸入濾波器。若線路中有敏感電子裝置，可在電源線上設定電源噪聲濾波器以免傳導干擾。在變頻器的輸入和輸出電路中，除了上述較低的諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波電流，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其他裝置的干擾訊號。濾波器就是用於削弱頻率較高的諧波分量的主要手段。根據使用位置的不同，可分為: (1)輸入濾波器通常又有兩種： a、線路濾波器主要由電感線圈構成。它透過增大線路在高頻下的阻抗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。 (2)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。非但起到抗干擾的作用，且能削弱電動機中由高次諧波諧波電流引起的附加轉矩。對於變頻器輸出端的抗干擾措施，必須注意以下方面： a、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，產生峰值很大的充電（或放電）電流，損害逆變管； b、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。 3、遮蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼遮蔽，不讓其電磁干擾洩漏;輸出線最好用鋼管遮蔽，特別是以外部訊號控制變頻器時，要求訊號線儘可能短(一般為20m以內)，且訊號線採用雙芯遮蔽，並與主電路線(AC380V)及控制線(AC220V)完全分離，決不能放於同一配管或線槽內，周圍電子敏感裝置線路也要求遮蔽。為使遮蔽有效，遮蔽罩必須可靠接地。 4、正確的接地既可以使系統有效地抑制外來干擾，又能降低裝置本身對外界的干擾。在實際應用系統中，由於系統電源零線(中線)、地線(保護接地、系統接地)不分、控制系統遮蔽地(控制訊號遮蔽地和主電路導線遮蔽地)的混亂連線，大大降低了系統的穩定性和可靠性。 對於變頻器，主迴路端子PE(E、G)的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實際應用中一定要非常重視。變頻器接地導線的截面積一般應不小於2.5mm2，長度控制在20m以內。建議變頻器的接地與其它動力裝置接地點分開，不能共地。 5、採用電抗器 在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所佔的比重是很高的，它們除了可能干擾其他裝置的正常執行之外，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。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據接線位置的不同，主要有以下兩種： （1）電抗器串聯在電源與變頻器的輸入側之間。其主要功能有： a、透過抑制諧波電流，將功率因數提高至（0.75-0.85）； b、削弱輸入電路中的浪湧電流對變頻器的衝擊； c、削弱電源電壓不平衡的影響。 （2）直流電抗器串聯在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數方面比交流電抗器有效，可達0.95，並具有結構簡單、體積小等優點。 6、合理佈線 對於透過感應方式傳播的干擾訊號，可以透過合理佈線的方式來削弱。具體方法有： （1）裝置的電源線和訊號線應量遠離變頻器的輸入、輸出線； （2）其他裝置的電源線和訊號線應避免和變頻器的輸入、輸出線平行； 四、結論 透過對變頻器應用過程中干擾的來源和傳播途徑的分析，提出瞭解決這些問題的實際對策，隨著新技術和新理論不斷在變頻器上的應用，重視變頻器的EMC要求，已成為變頻調速傳動系統設計、應用必須面對的問題，也是變頻器應用和推廣的關鍵之一。變頻器存在的這些問題有望透過變頻器本身的功能和補償來解決。工業現場和社會環境對變頻器的要求不斷提高，滿足實際需要的真正“綠色”變頻器也會不久面世。我們相信變頻器的EMC問題一定會得到有效解決。
各種工業控制系統中，隨著變頻器等電力電子裝置的廣泛使用，系統的電磁干擾（EMI）日益嚴重，相應的抗干擾設計技術(即電磁相容EMC)已經變得越來越重要。變頻器系統的干擾有時能直接造成系統的硬體損壞，有時雖不能損壞系統的硬體，但常使微處理器的系統程式執行失控，導致控制失靈，從而造成裝置和生產事故。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製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。談到變頻器的抗干擾問題，首先要了解干擾的來源、傳播方式，然後再針對這些干擾採取不同的措施。 一、變頻器干擾的來源 首先是來自外部電網的干擾。電網中的諧波干擾主要透過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網中存在大量諧波源如各種整流裝置、交直流互換裝置、電子電壓調整裝置，非線性負載及照明裝置等。這些負荷都使電網中的電壓、電流產生波形畸變，從而對電網中其它裝置產生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被汙染的交流電網的干擾後若不加處理，電網噪聲就會透過電網電源電路干擾變頻器。供電電源的干擾對變頻器主要有(1)過壓、欠壓、瞬時掉電(2)浪湧、跌落(3)尖峰電壓脈衝(4)射頻干擾。 1、閘流體換流裝置對變頻器的干擾 當供電網路內有容量較大的閘流體換流裝置時，由於閘流體總是在每相半週期內的部分時間內導通，容易使網路電壓出現凹口，波形嚴重失真。它使變頻器輸入側的整流電路有可能因出現較大的反向回覆電壓而受到損害，從而導致輸入迴路擊穿而燒燬。 2、電力補償電容對變頻器的干擾 電力部門對用電單位的功率因數有一定的要求，為此，許多使用者都在變電所採用集中電容補償的方法來提高功率因數。在補償電容投入或切出的暫態過程中，網路電壓有可能出現很高的峰值，其結果是可能使變頻器的整流二極體因承受過高的反向電壓而擊穿。 其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對同一電網的其它電子、電氣裝置產生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術，當工作於開關模式且作高速切換時，產生大量耦合性噪聲。因此變頻器對系統內其它的電子、電氣裝置來說是一電磁干擾源。 變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分。除了能構成電源無功損耗的較低次諧波外，還有許多頻率很高的諧波成分。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對變頻器本身和其它裝置的干擾訊號。 （1）輸入電流的波形變頻器的輸入側是二極體整流和電容濾波電路。顯然只有電源的線電壓UL大於電容器兩端的直流電壓UD時，整流橋中才有充電電流。因此，充電電流總是出現在電源電壓的振幅值附近，呈不連續的衝擊波形式。它具有很強的高次諧波成分。有關資料表明，輸入電流中的5次諧波和7次諧波的諧波分量是最大的，分別是50HZ基波的80％和70％。 （2）輸出電壓與電流的波形絕大多數變頻器的逆變橋都採用SPWM調製方式，其輸出電壓為佔空比按正弦規律分佈的系列矩形式形波；由於電動機定子繞組的電感性質，定子的電流十分接近於正弦波。但其中與載波頻率相等的諧波分量仍是較大的。 二、干擾訊號的傳播方式 變頻器能產生功率較大的諧波，由於功率較大，對系統其它裝置干擾性較強，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。具體為:首先對周圍的電子、電氣裝置產生電磁輻射;其次對直接驅動的電動機產生電磁噪聲，使得電機鐵耗和銅耗增加;並傳導干擾到電源，透過配電網路傳導給系統其它裝置;最後變頻器對相鄰的其它線路產生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統內的干擾訊號透過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。 （1）電路耦合方式即透過電源網路傳播。由於輸入電流為非正弦波，當變頻器的容量較大時，將使網路電壓產生畸變，影響其他裝置工工作，同時輸出端產生的傳導干擾使直接驅動的電機銅損、鐵損大幅增加，影響了電機的運轉特性。顯然，這是變頻器輸入電流乾擾訊號的主要傳播方式。 （2）感應耦合方式當變頻器的輸入電路或輸出電路與其他裝置的電路捱得很近時，變頻器的高次諧波訊號將透過感應的方式耦合到其他裝置中去。感應的方式又有兩種： a、電磁感應方式，這是電流乾擾訊號的主要方式； b、靜電感應方式，這是電壓干擾訊號的主要方式。 （3）空中幅射方式即以電磁波方式向空中幅射，這是頻率很高的諧波分量的主要傳播方式。 三、變頻調速系統的抗干擾對策 根據電磁性的基本原理，形成電磁干擾(EMI)須具備三要素:電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統。為防止干擾，可採用硬體抗干擾和軟體抗干擾。其中，硬體抗干擾是應用措施系統最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的藕合通道、降低系統干擾訊號的敏感性。具體措施在工程上可採用隔離、濾波、遮蔽、接地等方法。 1、所謂干擾的隔離，是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發生電的聯絡。在變頻調速傳動系統中，通常是電源和放大器電路之間電源線上採用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。 2、在系統線路中設定濾波器的作用是為了抑制干擾訊號從變頻器透過電源線傳導干擾到電源從電動機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設定輸出濾波器;為減少對電源干擾，可在變頻器輸入側設定輸入濾波器。若線路中有敏感電子裝置，可在電源線上設定電源噪聲濾波器以免傳導干擾。在變頻器的輸入和輸出電路中，除了上述較低的諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波電流，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其他裝置的干擾訊號。濾波器就是用於削弱頻率較高的諧波分量的主要手段。根據使用位置的不同，可分為: (1)輸入濾波器通常又有兩種： a、線路濾波器主要由電感線圈構成。它透過增大線路在高頻下的阻抗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。 (2)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。非但起到抗干擾的作用，且能削弱電動機中由高次諧波諧波電流引起的附加轉矩。對於變頻器輸出端的抗干擾措施，必須注意以下方面： a、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，產生峰值很大的充電（或放電）電流，損害逆變管； b、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。 3、遮蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼遮蔽，不讓其電磁干擾洩漏;輸出線最好用鋼管遮蔽，特別是以外部訊號控制變頻器時，要求訊號線儘可能短(一般為20m以內)，且訊號線採用雙芯遮蔽，並與主電路線(AC380V)及控制線(AC220V)完全分離，決不能放於同一配管或線槽內，周圍電子敏感裝置線路也要求遮蔽。為使遮蔽有效，遮蔽罩必須可靠接地。 4、正確的接地既可以使系統有效地抑制外來干擾，又能降低裝置本身對外界的干擾。在實際應用系統中，由於系統電源零線(中線)、地線(保護接地、系統接地)不分、控制系統遮蔽地(控制訊號遮蔽地和主電路導線遮蔽地)的混亂連線，大大降低了系統的穩定性和可靠性。 對於變頻器，主迴路端子PE(E、G)的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實際應用中一定要非常重視。變頻器接地導線的截面積一般應不小於2.5mm2，長度控制在20m以內。建議變頻器的接地與其它動力裝置接地點分開，不能共地。 5、採用電抗器 在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所佔的比重是很高的，它們除了可能干擾其他裝置的正常執行之外，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。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據接線位置的不同，主要有以下兩種： （1）電抗器串聯在電源與變頻器的輸入側之間。其主要功能有： a、透過抑制諧波電流，將功率因數提高至（0.75-0.85）； b、削弱輸入電路中的浪湧電流對變頻器的衝擊； c、削弱電源電壓不平衡的影響。 （2）直流電抗器串聯在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數方面比交流電抗器有效，可達0.95，並具有結構簡單、體積小等優點。 6、合理佈線 對於透過感應方式傳播的干擾訊號，可以透過合理佈線的方式來削弱。具體方法有： （1）裝置的電源線和訊號線應量遠離變頻器的輸入、輸出線； （2）其他裝置的電源線和訊號線應避免和變頻器的輸入、輸出線平行； 四、結論 透過對變頻器應用過程中干擾的來源和傳播途徑的分析，提出瞭解決這些問題的實際對策，隨著新技術和新理論不斷在變頻器上的應用，重視變頻器的EMC要求，已成為變頻調速傳動系統設計、應用必須面對的問題，也是變頻器應用和推廣的關鍵之一。變頻器存在的這些問題有望透過變頻器本身的功能和補償來解決。工業現場和社會環境對變頻器的要求不斷提高，滿足實際需要的真正“綠色”變頻器也會不久面世。我們相信變頻器的EMC問題一定會得到有效解決。