變頻驅動系統中的EMC 及其對策

1 概述

交流變頻調速具有調速范圍廣、傳動效率高、運行節能等優點，從而獲得迅速推廣應用。但由于變頻器中使用了IGBT 等高速開關器件，其EMC問題已成為必須考慮和研究的重要課題。EMC(電磁兼容)，是指設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何器件構成不能承受的電磁騷擾的能力。

EMC 包括兩方面的內容：電磁干擾(EMI)和電磁抗擾。EMI 按傳播途徑可分為兩類：傳導干擾與輻射干擾。傳導干擾即沿著導體傳播的干擾，所以任何導體(如導線傳輸、電感器、電容器等)都是傳導干擾的傳輸通道。輻射干擾是指以電磁波形式傳播的干擾，其傳播的能量與距離的平方成反比。形成EMI 必須同時具備三個條件或稱三要素：干擾源、傳輸通道、敏感接收器，三者缺一不可。解決EMC 問題一般要從這三方面著手。對用戶而言，由于設備作為一電磁干擾源或接收器，不可更改，故解決EMC 問題主要是針對傳輸通道。

2 變頻驅動系統中的EMC 的特點

在一個配電工作系統中，變頻器和其他電氣(電子)設備一樣，既是電磁干擾源，又是電磁接收器，變頻器的工作原理決定了它會產生一定的EMI噪聲。同時，為了保證變頻器能在一定的電磁環境中可靠工作，設計變頻器時必須使其具有一定的抗EMI 能力。變頻驅動系統工作時其EMC 特點主要表現在以下方面。

1)輸入電流一般為非正弦波，電流中含有豐富的高次諧波，此諧波會對外形成EMI，降低電網的功率因數，增加線路損耗。

2)輸出電壓為高頻PWM波，它會影響電機溫升，縮短電機使用壽命，以及加大漏電流，使線路的漏電保護裝置誤動作。同時，對外形成很強的電磁干擾，影響同一系統中其他用電設備的可靠性。

3)作為電磁接收器，過強的外來干擾會使變頻器誤動作甚至損壞，影響用戶正常使用。

4)在系統配線中，變頻器的對外干擾和自身的抗干擾性相輔相成，故減少變頻器對外干擾的過程，同時也是提高變頻器抗干擾性的過程。

3 系統的基本配置及電路模型

在變頻驅動系統中，為達到動態響應的高性能，需要有高的開關頻率。整流器使用的電子器件通常為高速開關的大功率IGBT(絕緣柵雙極晶體管)，其切換操作產生的電磁干擾，對外圍設備及變頻器的控制電路均產生不利影響：可導致周圍裝置的CPU、測試儀器、傳感器、漏電保護開關等發生誤動作。同時，變換器低頻運行時受高次諧波的影響引發電磁噪聲、振動和損耗。交流電機變頻驅動的基本配置如圖1 所示，

變頻器可分為整流器和變換器兩部分。圖2 是作為變頻器輸入部分的三相橋式整流器的模擬電路，圖3 是電動機簡單的三相高頻模型。圖4 則為變頻器標準接線圖之一例(CHF 系列);表1 為其主電路端子的說明。

4 變頻驅動系統對設備和器件的不利影響

4.1 干擾產生的機理

變頻器內存在的IGBT等的高速開關切換，使電路中存在分布電感和分布電容。在電感和電容之間即產生磁能和靜電能的轉換，出現振蕩現象，因而形成了電磁發射。這就是之所以產生數十kHz至1GHz電磁噪音的機理。噪聲電流I可表示為

4.2 高次諧波電流和高頻電流的主要危害

變頻電機在低頻時因頻率的降低磁通增大，磁勢隨磁通的增大而增強，這樣高次諧波磁勢同時增強，并使電機產生較大損耗、振動、噪聲等不良影響。

高次諧波電流可導致：

1)電力電容器發熱;

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