变频调速系统电磁兼容设计

1、变频调速系统的电磁兼容设计设计题目： 变频调速系统的电磁兼容设计 指导教师： 设 计 者： 学 号： 系 别： 班 级： 课 程 设 计 任 务 书 学院 班 学生 课程设计课题：变频调速系统电磁兼容性设计一、课程设计工作日自 年 月 日至 年 月 日二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）：一、设计目的1) 了解有关电磁干扰技术的基础知识，如何消除电磁干扰；2) 加深对设计中的电子电路方面知识的理解；3) 能够熟悉实际生活中电磁干扰的检测以及应用电路；4) 能够熟悉变频器的干扰种类以及防止措施。二、设计要求本课题为设计分析类型

2、。很多经济型数控机床调速系统中普遍采用变频调速系统。由变频器的工作原理可知，变频器在工作运行时会产生谐波干扰。因此，有必要分析机床主轴变频调速系统中的电磁兼容技术。此课题要求设计、分析变频器主电路，分析、掌握每种防电磁干扰措施。指导教师签字： 教研室主任签字： 目 录一、绪论11.1 设计目的11.2 设计要求11.3 课题背景及功能介绍1二、变频器主电路分析22.1 主电路图22.2 交直部分32.3 直交部分32.4 制动电阻和制动单元4三、变频调速传动系统的主要电磁干扰源及途径5 3.1 电磁干扰的产生53.2 外来干扰及抑制53.3 变频器产生的干扰73.4 变频器干扰的抑制措施7四、

3、电磁兼容设计84.1 谐波产生的危害84.2主要电磁干扰源94.3变频调速传动系统的电磁兼容性设计12五、变频器的电磁兼容标准185.1 IEC(国际电工委员会标准)及GB(国标)对高次谐波限制的标准185.2变额器的国际和欧洲抗干扰标准19六、课程设计总结19七、参考文献20课 程 设 计 评 审 表 学院 班 学生 设计任务完成情况及指导教师评语答辩情况评定成绩成绩： 指导教师签字： 日期： 教研室主任： 主任签字： 日期： 日期： 一、绪论1.1设计目的：1) 了解有关电磁干扰技术的基础知识，如何消除电磁干扰；2) 加深对设计中的电子电路方面知识的理解；3) 能够熟悉实际生活中电磁干扰的

4、检测以及应用电路；4) 能够熟悉变频器的干扰种类以及防止措施。1.2设计要求：本课题为设计分析类型。很多经济型数控机床调速系统中普遍采用变频调速系统。由变频器的工作原理可知，变频器在工作运行时会产生谐波干扰。因此，有必要分析机床主轴变频调速系统中的电磁兼容技术。此课题要求设计、分析变频器主电路，分析、掌握每种防电磁干扰措施。1.3 课题设计背景及功能介绍：背景：变频器作为变频调速系统的重要组成部分是电力电子数字装置，在运行中因其半导体开关器件的动作引起高次谐波和电磁干扰会对外围电子设备产生不良影响甚至不能正常工作，变频器也会受外部侵入噪声的干扰而引起误动作，所以变频调速系统的电磁兼容设计是该系

5、统设计中的重要环节，变频调速系统电磁兼容设计的好坏在很大程度决定了系统的可靠性。变频调速技术在上世纪90年代得到了飞速的发展，其性能指标己经超过了直流调速，在机电行业领域内开始逐步取代直流调速和其他交流调速。随着变频调速技术的不断成熟，变频调速装置在电气、化工、针织、石油等行业中的应用日益广泛。例如在风机水泵、起重机械，数控车床、电梯、电站直至最近风行的电动汽车上都可以看到变频调速系统的应用。经验证明：在变频调速系统设计的初始阶段，同时进行电磁兼容设计，把电磁兼容的大部分问题解决在设计定型之前，可得到最高的效率比。功能介绍：本次课程设计的内容为变频调速系统的电磁兼容性设计，变频器调速技术以很好

6、的调速、节能性能获得了广泛的应用、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. 因此经济型数控机床中普遍采用变频主轴调速系统，但随之也带来了一些干扰向题，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:对电子设备的千扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰.对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。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。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。二、变频器主电

7、路分析2.1 主电路图下面我们把变频器的主电路单独拿出来进行对其的电磁干扰和电磁兼容性能分析，变频器主电路如下图2-1所示：图2-1 电压源型交直交变频器主电路的基本结构图主电路图有整流电路、中间直流电路和逆变器三部分组成。电压源型交直交变频器主电路的基本结构如图2-1所示。2.2交直部分（1）整流电路 整流电路由VD1VD6 组成三相不可控整流桥，它们将电源的三相交流全波整流成直流。整流电路因变频器输出功率大小不同而异。小功率的，输入电源多用单相220V，整流电路为单相全波整流桥；功率较大的，一般用三相380V电源，整流电路为三相桥式全波整流电路。设电源的线电压为UL ，那么三相全波整流后平

8、均直流电压UD 的大小是：UD1.35UL。我们三相电源的线电压为380V，故全波整流后的平均电压是513V。（2）滤波电容CF 整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压，必须加以滤波。滤波电容CF的作用是：除了滤波整流后的电压纹波外，还在整流电路与逆变器之间起去耦作用，以消除相互干扰，这就给作为感性负载的电动机提供必要的无功功率。因而，中间直流电路电容器的电容量必须较大，起到储能的作用，所以中间直流电路的电容器又称储能电容器。（3）限流电阻RL与开关SL 由于储能电容大，加之在接入电源时电容器两端的电压为零，故当变频器刚合上电源的瞬间，滤波电容CF的充电电流是很大的。过大的冲击电流将可能使三相

9、整流桥的二极管损坏。为了保护整流桥，在变频器刚接通电源厚的一段时间里，电路内传入限流电阻，其作用是将电容器CF的充电电流限制到允许的范围以内。开关SL的功能是：当CF充电到一定程度时，令SL接通，将RL短路掉。在有些变频器里，SL用晶闸管代替，如图中虚线所示。（4）电源指示HL HL除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，显示滤波电容器CF上的电荷是否已经释放完毕。由于CF的容量较大，而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行，所以CF没有快速放电的回路，其放电时间往往长达数分钟。又由于CF上的电压较高，如电荷不放完，在维修变频器时，将对人身安全构成威胁。所

10、以，HL完全熄灭后才能接触变频器内部的导电部分。2.3直交部分（1）逆变管V1V6 V1V6组成逆变桥，把VD1VD6整流后的直流电，在“逆变”成频率、幅值都可调的交流电。这是变频器实现变频的执行环节，因而是变频器的核心部分。当前常用的逆变管有绝缘栅双极晶体管（IGBT）、大功率晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）及功率场效应晶体管（MOSFET）等。（2）续流二极管VD7VD12 续流二极管VD7VD12的主要功能：电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量。VD7VD12为无功电流返回直流电源提供“通道”。V1V6进行逆变的基本工作过程：同一桥臂的两个逆变管，处于不停的交替导通和截至状

11、态。在这交替导通和截至的换相过程中，也不时地需要VD7VD12提供通路。（3）缓冲电路 不同型号的变频器中，缓冲电路的结构也不尽相同。图中所示是比较典型的一种。其功能如下：逆变管V1V6每次由导通状态切换成截止状态的关断瞬间，集电极（C级）和发射极（E级）间的电压UCE将极为迅速地由近乎0V上升至直流电压值UD。这过高的电压增长率将导致逆变管的损坏。因此，C01C06上所充的电压（等于UD）将向V1V6放电。此放电电流的初始值将是很大的，并且将叠加到负载电流上，导致V1V6损坏。因此R01R06的功能是限制逆变管在接通瞬间C01C06的放电电流。R01R06的接入，又会影响C01C06在V1V

12、6关断时降低电压增长率的效果。VD01VD06接入后，在C01C06的关断过程中，使R01R06不起作用；而在V1V6的接通过程中，又迫使C01C06的放电电流流经R01R06。2.4 制动电阻和制动单元（1）制动电阻RB 电动机在工作频率下降过程中，异步电机的转子转速将超过此时的同步转速处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压UD不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使UD保持在允许范围内。制动电阻RB就是用来消耗这部分能量的。（2）制动单元VB 制动单元VB由大功率晶体管GTR及其驱动电路构成。其功能是控制流经的RB放电电流IB。三

13、、变频调速传动系统的主要电磁干扰源及途径3.1电磁干扰的产生：电磁干扰产生于干扰源，他是一种来自外部和内部的并有损于有用信号的电磁现象。干扰经过敏感元件、传输线、电感器、电容器、空间场等形式的途径并以某种形式作用，其干扰效应、现象普遍存在，形式各异，称之为传导干扰，他按带不带信息可以分为信息传导干扰源和电磁噪声传导干扰源两类。信息传导干扰源是指带有的无用信息对模拟通道的干扰。电磁噪声传导干扰源是指不带任何信息的电磁噪声对变频系统的干扰。 传导电磁干扰传输通道可以分为电容传导耦合(或称电场耦合)、电阻传导耦合(或公共阻抗耦合)及电感传导耦合(或互感耦合)。电容传导耦合是指干扰源和信号传输线(包括

14、印制电路线)之间通过导线以及部件的电容互相交链而构成的电磁传导耦合。电阻传导耦合是指干扰源和信号传输线(包括印制电路线)之间通过公共阻抗上的电流或电压交链而构成的传导电磁耦合。电感传导耦合实质上是磁场耦合。3.2外来干扰及抑制外来干扰得主要侵入渠道是变频器的控制电缆，故控制电缆的铺设须采取充分的抗干扰措施。1. 外界干扰的种类变频器控制回路的控制电缆接受的外来干扰有以下几点：（1）电磁波干扰。控制电缆本身就可以作为接收天线，外界电磁波将在电缆线路中感应触感应电动势来。（2）静电耦合干扰。变频器的控制回路电缆与周围电气回路互相耦合得到的感应电动势就是静电偶合干扰。（3）电源线传导干扰。变频器的电

15、源接入线不仅将电网电压加到变频器的输入侧。同时也将电网上其他设备产生的干扰电动势引入了变频器的输入侧。（4）接触不良的干扰。由于控制回路中存在接触不良的现象，也对控制电路造成有害的干扰。2. 抗外界干扰的措施接受远距离信号时需要采取一定的措施。当速度给定器使用模拟信号时，抗干扰性也较弱，铺设控制电缆时也须采用抗干扰措施。（1）抗电磁感应干扰。电磁感应干扰的大小有3个因素决定：干扰源电缆产生的磁通量大小；控制电缆形成的等效环路围起的面积大小；干扰源电缆与电缆间的平面相对角度。所以抗电磁波干扰可从以下方面考虑，参看下图3-1所示。1）减轻干扰源电缆产生的磁通影响，将控制电缆与干扰源距离增大，分离距

16、离必须在30cm以上（最低限度10cm）。如分离困难，则将控制电缆穿过铁管进线，进行电磁屏蔽。 2）为最大限度地减少由控制电缆形成的等效环所围面积，以及使干扰源电缆和控制电缆间等效平面尽量正交，可把控制电缆导体绞合。导体间距越小，耐干扰效果就越好。图3-1 产生电磁感应干扰要素图（2）抗静电耦合干扰。静电耦合干扰的大小同干扰源电缆与控制电缆间的杂散电容成比例。因此，抑制静电耦合干扰需要减小电缆间的杂散电容。方法是对电缆进行屏蔽以及将电缆进行分离。电缆间距离增加越多，杂散电容越小，但电缆距离达到电缆直径40倍以上时，再加大距离，干扰减小的程度就不明显了。用下面的方法进行电缆间的屏蔽：在两电缆间设

17、置屏蔽导体，使屏蔽导体与干扰源电缆电容耦合，即将干扰源电缆作为杂散等效电容的一个板极，将屏蔽导体作为另一个极板，使干扰源电缆发出的变化电场被限定在干扰源电缆与屏蔽导体之间。采用这一方法时，应将屏蔽导体接地。（3）抗电磁波干扰。干扰源电源产生电磁波干扰。干扰源通过辐射，使变频器的控制电缆产生感应电动势，形成电磁波干扰。干扰的大小决定于干扰源电缆产生的电磁辐射的强弱。可采用抗电磁感应干扰与抗静电耦合干扰的方法进行抑制。如果电磁辐射对小型变频器影响较大，可将变频器置于金属壳体中，并将外壳接地即可，这种情况适应变频器裸机。如果是壳、箱式变频器，将金属箱体接地即可。（4）抗接触不良干扰。这种干扰是由于电

18、气连接或接触部分的接触状态不好而造成的。典型的接触不良干扰是继电器或接触器触点的接触不良和电缆线间连接点的接触不良。防止继电器或接触器接点接触不良的方法是：在控制信号产生侧或变频器侧采用并联触点，以保证触点的工作可靠。为了使继电器、接触器触点接触状态经常保持良好，可选用密闭式继电器或无腐蚀性气体的设置场所。对于电缆线连接点接触不良，可用定期拧紧加固及对连接点用加压式紧固件连接的方法消除之。（5）抗电源线传导干扰。对于电网上其他设备通过电源线窜入变频器及控制电路的干扰采用以下措施消除：变频器的控制电源单独供电；在控制电源的输入侧装设线路滤波器，滤除外部设备产生的干扰电压及干扰电流；还可以装设抗干

19、扰绝缘变压器，使用设备时须将绝缘变压器的屏蔽接地。3.3变频器产生的干扰变频器整流产生的高次谐波，在其输入端将使电源的电压波形和电流波形发生畸变，对与其共电源的其它设备直接造成干扰。其输出端的高次谐波，通过感应、辐射和地线系统等途径，对相关联设备亦造成干扰。高次谐波主要通过以下途径对其它设备造成干扰：1静电耦合干扰。静电耦合干扰是由于干扰源电缆和周围线路间的杂散电容耦合而形成的，其大小正比于杂散电容。2电磁感应干扰。由于变频器电源电缆产生的磁通变化在周围线路中感应出电势，从而形成感应干扰。其大小取决于干扰电缆间生成的磁通大小，控制线路形成的闭环面积和二者间相对角度。3电磁场辐射干扰。变频器辐射

20、的电磁场在周围线路中感应而产生的干扰。干扰电势大小取决于电磁场的大小和辐射源与受感物间的距离。4电源线传导干扰。当变频器和其它设备共用电源时，将对其它设备直接产生干扰。变频器产生的谐波辐射干扰能量主要是经电源线和电机电缆线的传导向外传播的。按其辐射强度排列如下：1电机电缆线。连接电机的电缆线有较强的电磁干扰电流，但它对周围产生的电磁干扰随距离的增加而迅速衰减。2电源线。电源线上的电磁干扰电压比电机电缆线上的要低，但电源线布线长，面积大，相当于一个发射天线。电磁干扰也经传导途径对电网上的其它设备产生影响，因此电源线是电磁干扰的主要传播源。3接地线。变频器及电机机座的接地线间存在着电磁干扰电压。变

21、频器输出端有电磁干扰电流，电机电缆和绕组对地的分布电容对电磁干扰电流呈低阻抗，因而电磁干扰电流经过地和变频器接地线流回变频器，故处在变频器和电机接地点附近的电气设备易受到电磁干扰的影响。3.4变频器干扰的抑制措施（1）电子设备的干扰抑制。将电子设备的电源系统与变频器主回路电源分离，即采用不同的电源；单独提供电源为电子设备供电；使用隔离变压器、滤波器抑制电源侧的干扰。电子设备的输入输出电缆与变频器主回路电缆距离加大并且使电子设备的电缆以最短路径敷设。将金属箱体对电子设备进行屏蔽。电子设备有自己的接地，不能与变频器主回路的地连接。电子设备的地应尽量的短和粗。（2）通信及无线电设施的干扰抑制。将通信

22、设备的电缆尽量与变频器的电源输入线远离，可在变频器电源输入侧串入电抗器以吸收来自变流回路的高次谐波电流，使之窜入电网侧的高频谐波电流成分大大减弱。对于无线电设施的干扰抑制措施采用以下措施：1）将无线电干扰干扰滤波器接入变频器的电源输入端子（R、S、T），然后在将接地线牢固接地如下图3-2所示。图3-2 无线电干扰滤波器示例图2）对于防止变频器进行屏蔽。变频器本身是一个辐射源，用铁制箱体将变频器安置其中，对于防止变频器向外辐射电磁波有很好的效果。3）也可将抗干扰滤波器接入变频器的电源侧（R、S、T）和电机侧（U、V、W）端子之间，如下图3-3所示。图中的金属管接在抗干扰滤波器与电机之间的电缆上，

23、金属管务必牢靠接地。图3-3 干扰滤波器示列图四、电磁兼容性设计4.1谐波产生的危害1、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电，输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过的中性线会使线路过热甚至发生火灾。2、谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动，噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器，电缆等设备过热，使绝缘老化，寿命缩短以致损坏。3、谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述1）和2）两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。4、谐波会导致继电保护和 自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。5、谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低

24、通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。4.2主要电磁干扰源A.高次谐波干扰源于变频器输入侧的非线性整流，以及输出侧PWM脉宽图4-1-a为三相交流电压波形，图4-1-b为输入电流波形，图4-2为实测输入电压、电流波形，可以明显看出输入电流波形发生了畸变。图4-1 输入电压、电流波形图4-2 实测电压电流波形变频器输出侧高次谐波干扰。变频器输出侧干扰是由于PWM脉宽调制形成的，这就与脉宽调制频率的高低及脉宽调制方式有关。如GTR、GTO、SCR变频器采用的调制频率低，高次谐波低频分量大，人耳就易听到;IGBT脉宽调制频率高，可达20又Hz，调制频率高，低频谐波小，人耳听不见。脉宽调

25、制方式不同，图4-3所示为变频器输出电流波形，电流为正弦包络的锯齿波。控制方式不同，谐波产生的量也不同，以SVPWM控制方式与SPWM控制方式相比较，SPWM控制输出的谐波量要小得多。图4-3 变频器输出波形B.变频器投入运行时取决于电源电网状况引起的干扰(l)变频器接入配电网络，配电网络三相电压不平衡时变频器输入电流波形畸变。配电网络三相电压不平衡率记为不平衡率=(最大相电压一最小相电压)/三相平均电压100此时输入电压、电流波形如图4-4所示，有较大的输入电流峰值。图4-4 三相电压不平衡时变频器输入电压、电流波形(2)变频器接入配电网络，配电变压器网络同时接有功率因数补偿电容器和晶闸管整

26、流装置等，此时变频器电流波形畸变。如图4-5所示，此时变频器输入电压波形畸变，输入电流畸变的峰值变大，加重了整流二极管的电压负担。图4-5 配电网络接有电容及整流装置时变频器输入电压的畸变C.变频器调节控制时的频谱干扰变频器作为电动机调节控制器时不仅涉及输入输出侧的谐波，也不仅是对输入电源波形发生畸变，而且还加重变额器二极管的负担，产生过流和过压等。此外，变频器中脉冲、振荡、数字开关电路、继电器和风扇等均将产生可观的辐射、传导干扰，此种电磁干扰属频谱效应，而不是某次谐波。敏感单元在变频调速系统中，各个电子部件、元器件都可能成为被干扰的敏感单元。但只有当干扰源的信号超过了电子部件容许的范围，并且

27、干扰源的信号频率可以被电子部件响应时电磁干扰才能发生。显然，欲改善系统的EMC能力，就要从这两个方面入手。干扰信号的传播途径干扰信号可以通过多种途径从干扰源藕合到敏感单元上，通常归结为以下3种方式: 传导祸合:干扰信号通过电源线、信号线和控制线路等导体进行传播；公共阻抗祸合:干扰信号通过流进公共阻抗的电流将干扰祸合到其它电路之中，其产生的主要原因是不良的接地方式；辐射祸合:起因于元器件或导线内的电荷运动所产生的辐射电磁场，进而可区分为近场和远场。远场的藕合方式以磁辐射为主;近场藕合分为电容性藕合(由分布电容引起)和电感性祸合(由于存在互感)。由于在VFD(变频调速)方式下，主电路的高速切换无法

28、避免.电机两端的电压呈脉冲状态，du/dt值很高，电枢电流di/dt在开关切换时的变化量也很大，因此:辐射干扰在VFD中是最为严重的，通常以4种方式传递:沿电枢导线直接传导；干扰源导线和附近的其它导线之间的电容祸合；导线之间的感应藕合；由于“天线效应”而由电机外露的轴直接辐射。4.3变频调速传动系统的电磁兼容性设计功率器件开关干扰的抑制由于VFD的控制方式是将直流电压离散为相应的电压脉冲序列，故调制波的频率起着相当重要的作用。频率低则电磁噪音避不开入耳的听觉，但如果功率器件开关频率提高.则功率器件的电压上升率du/dt、尖峰电流幅度及dl/dt也大，EMI将随之增加。因此，适当减缓功率器件的开

29、通速率将有效地减小EMI。但应指出，此时相应的开通损耗将增加，故需要综合考虑。元器件的合理布局与布线正确布置系统中的元器件及导线，是解决VFD电磁兼容性问题的有效途径，由此不仅可以减小各种寄生藕合，而且可使结构简化、调试方便、成本降低。对于功率转换电路及基极驱动电路的布局，应注意元器件的对称性，并力求按照功率模块厂家的推荐;强干扰源与敏感电路尽可能远离，功率转换电路输出到电机的引线要尽量短而粗。布线时，根据电路功能要求，应按功率大小、信号强弱与性质等因素，分配线束，分别集中布线。印刷板上元器件应力求安排紧凑、密集，以缩短引线。本着尽量减小导线的引线电感和导线间分布电容的原则，应尽力缩减导线的平

30、行部分；电源线和地线要尽量粗并且远离信号线，采取辐射状，避免形成回路，并尽可能覆盖印制板的空余处，防止在地线上形成较大电位差;模拟地、数字地、电源地等要各自分开走线、自成系统，然后通过辐射状把它们汇集到一个公共接地点;信号线在板上尽量靠近地线。同时应远离大电流信号线及电源线;双面板正、反面的走线尽可能垂直，以减少电磁藕合。4.3.1接地设计接地问题在系统抗干扰中占有重要的地位。接地设计的两个基本目的是消除各支路电流流经公共地线时所产生的噪声电压;避免受磁场和地电位差的影响，即不使其形成地环路。在VFD中，地线的种类繁多，归纳起来有以下几种:数字地、作为数字电路的零电位;模拟地，作为A/D转换器

31、、运算放大器、比较器等模拟电路的零电位;信号地，作为传感器的地线;交流地(噪声地)，作为交流电源的地线;直流地，作为直流电源的地电位;屏蔽地(机壳地)，为防止静电感应和磁场感应而设计的地。单点接地的应用原则单点接地就是把需要接地的电路、部件和屏蔽体连接到系统的同一个接地点上。注意接地点应设置在信号电平最接近于地电位的点。接地应遵循的原则是把系统中包括所在电路单元的工作电平、信号种类(模拟信号、数字信号)、功率等级和抗干扰能力等分清，将相近的电路单元划入同一组，可以分为“四组合”和“三组合”两种方法。“四组合接地法”分设4组接地通道:小信号电路地，包括低电平电路、A/D和D/A转换电路等，因其工

32、作电平低、信号幅值小而易受到干扰，因此单独设地线；大信号地，包括高电平电路、末级驱动放大器、大功率电路等.因其工作电流较大，地线中的电流也较大，因此必须和小信号电路的地线分开设置，以避免通过地线的锅台对小信号电路造成干扰；干扰源地，包括电动机、继电器、接电器等，因其工作时产生的火花或冲击电流等对信号检测、处理、放大电路产生严重的干扰，因此除采取屏蔽隔离技术外，地线必须分设；金属构件地、包括机壳、底板、面板等，为了防止发生人身触电事故、外界电磁场的干扰以及摩擦产生静电等，必须将机壳等部件接地。“四组合接地法”由于将系统中的地划分为4部分设置地线、是比较完善的接地设计。有时为简化结构设计及地线设计

33、，可以将四组合接地中的其中2组合并，成为“三组合接地法”。如将小信号电源地线、大信号电源地线和干扰源地为分别为一组，金属构件的接地线省略，单元电路的地直接接到底板上.底板和机壳连接在一起;也可以将大信号电路及干扰源两者的地线合并，同时接触器、继电器需采取密封屏蔽措施。“三组合接地”，使接地大大简化.结构上便于处理。数字地和模拟地在微机控制的VFD中。数字地和模拟地要避免有共同回路。A/D、D/A等芯片均提供了独立的模拟地与数字地的引脚，在设计装配时，应将所在芯片的模拟地和数字地引脚分别相连，而其公共端仅在一点相接，切不可多点共地。该公共点应尽量靠近信号源(对模拟输入而言)。继电器、接触器的接地

34、驱动继电器，接触器等开关器件的电源系统，由于电源线上存在着因线圈突变磁场和触点断开瞬间产生的电弧而产生的噪声，不适宜再用来向控制电子电路供电。开关电器电路应该单点接地，并应在最大电流汇结处接地，电源线和回线应紧靠在一起，使它们构成的面积最小。屏蔽体接地为了减少电路间不需要的祸合，在系统中往往设置许多屏蔽体。在VFD中，各种屏蔽体都应使用短、粗、直的接地线以做到良好接地屏蔽体应与地之间实现低阻抗联接。屏蔽与隔离屏蔽是降低系统电磁干扰的可行方法，隔离是断开地环路祸合的有效途径。屏蔽指利用金属板、网或者盒将电磁场限制在一定的空间，或将电磁场强度降低到一定数量级的措施。通常可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁

35、屏蔽。静电屏蔽是为了防止静电场的影响，通常利用低电阻金属材料容器使其内部的电力线传不到外部，同时外部的电力线也不影响内部，用以消除两个电路间由于分布电容藕合而产生的干扰。在变频系统中，电机电枢传输线与其它传输线间的电容性藕合和电感性藕合是系统中的一种主要干扰源，因而需要用静电屏蔽的办法加以抑制，电枢传输线和敏感器件传输线均需采用双绞线电缆屏蔽。有时除传输线需要屏蔽外，在结构布局设计上，往往采用低电阻的金属板(铜板或铝板)将功率转换电路中功率开关与其它电路隔离开来，即安装EMI保护罩。电磁屏蔽主要用来抑制高频开关干扰，它利用电磁场在屏蔽体内产生涡流而起屏蔽作用，使用的材料和静电屏蔽相同，只是后者

36、接地才有效，而对于电磁屏蔽.即使不接地，对抑制高频电磁干扰也是有效的。但由于导体没有接地，因静电祸合效应，也增加了对干扰电压的感应.所以在VFD中，屏蔽接地兼有静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。为防止磁路祸合.用高磁导率的材料将相关部分隔离。另外，在变频调速系统中广泛使用开关电源，尽管它有众多优点，但存在较严重的射频干扰。所以在设计结构时.一定要考虑电磁屏蔽，应把存在严重干扰源的印刷板(如开关电源板，数字电路板)与模拟信号、微弱信号检测放大的印刷板间屏蔽隔离，或者在底板上对某些器件(如接触器、GTR劝口隔板、围框、盒罩，在印刷板上对某些器件加围框或盒罩等。隔离是消除因地环路而引起的公共阻抗藕合干扰的有

37、效措施。一般的隔离方法是采用隔离变压器、隔离放大器或光电藕合器。由于光藕具有单方向传递信号的频带宽、抗干扰能力强、绝缘电压高、体积小、成本低、耐冲击振动等显著优点，故在变频系统中获得了广泛的应用。差分电路和平衡电路均可以减小地环流，起到抑制干扰的作用。4.3.2滤波滤波是抑制噪声传导的最有效的手段之一，其实质是将信号频谱划分为有用频率分量和干扰频率分量，剔除干扰部分。滤波器根据频率特性可分成以下4类:低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器。常用方法有后述几种。电网噪声滤波器不干净的电网电源本身就是一个噪声源。电源进线、输出线更易拾取工业现场的各种干扰噪声。可以采用高频电感与旁路电容以防止从交

38、流进线引入高频噪声；在主电路的输入端接入交流电抗器或专用的“无线电抗干扰滤波器”，可以有效地抑制干扰。直流电源的去祸滤波：控制电路共用电源是引起干扰的主要原因。常在供电电路中接入由电阻和电容构成的去藕滤波电路，有助于减小电源线过长引起的电感效应。为了使去藕作用能在较宽的频带内起作用，有时还在电解电容器两端并联一个小电容量的瓷介电容器，以弥补大容量低频电容器因引线电感在高频时感抗变大而对高频失去的去信号滤波器变频系统在工业环境中可以利用小体积的无源RC，尤其构成闭环反馈时为避免交流噪声及谐波成分，一阶滤波电路。为有效抑制强干扰、且不增大时间常数，可采用二阶有源低通滤波器。4.3.3微机系统的电磁

39、兼容问题变频传动系统的核心控制单元是微机系统。为保证微机控制系统在工业环境中免受电磁干扰，除以上介绍的措施外，还要注意下列问题:1)电源系统的干扰抑制要考虑到微机控制系统通常是由交流电源供电的，工业现场的电源中存在大量的电磁噪声，直接影响微机工作的可靠性。因此，可在微机系统与供电电源间加入专用隔离变压器、交流电源滤波器或采取电源分组供电的方式;微机或单片机的最小系统板、仿真器应采用稳压性能好、纹波系数小的整流稳压电源，甚至应用二次稳压电源;为防止各芯片工作时发出的不同频率信号通过电源藕合造成的互相干扰，应并接10一100F低频电解电容和0.01一0.1F高频陶瓷电容。2)输入和输出通道抗干扰的

40、考虑。在不影响采样速度的前提下，模拟量检测通道输入加RC滤波器；设置隔离电路，用光祸等器件把模拟地、信号地、功率地与数字地全都加以隔离，使共模干扰不能构成回路;检测电路中采用差动放大器；对于特别恶劣的电磁环境，由传感器输入微机的测量信号线应考虑采用光纤传输线。3)布线的抗干扰措施:电路连线要短，对一般信号传输线可采用双绞线；对重要的控制信号传输线，除自身采用同轴电缆加以屏蔽外，在敷设时还应专设屏蔽槽或穿线铁管进行2次屏蔽;信号线与电源线必须分开布线，特别是信号线不能与交流供电线平行布线，并应相距一定距离;各种信号线要尽量分开独立布线，交流、直流线要分开，输入、输出线要分开，并远离强电设备等干扰

41、源。抗电磁干扰的软件措施把微机的硬件和软件结合起来处理EMI是微机的优越性之一。用适当的程序排除进入微机系统的电磁干扰，实质上是充分利用微机特有的存储程序、逻辑处理和高速运算功能，使控制系统能够及时识别错误并处理，从而保证微机始终保持在正常情况下有效地工作。软件抗干扰的手段主要有:数字信号多次读入。保证每次的采样信号绝对一致;数字信号多次读出;模拟量输入的数字滤波处理。数字滤波由于成本低、可靠性高、调试灵活、功能强等优点，在微机系统中得到了广泛的应用。4.3.4数字滤波数字滤波方法很多，需要注意的是应该根据实际信号特性选择适合的方法。下面概述常用的几种数字滤波技术。l)算术平均值法:常用于存在

42、周期性干扰的情况，取连续N个采样数据x，(i=l，2，N)的算术平均值作为输入信号y，即。2)滑动平均值法:对于硬件采样速度慢或对采样速度要求高的实时系统，为。保证必要的速度，可以将采样得到的(N一1)个数据按时间顺序存放在存储器中，以后每采样1个新数据，就取最新的N个数据的算术平均值，最后一个旧数据滑出。3)防脉冲干扰平均值法:由于脉冲干扰的无规律性，可在软件上采取n次排队取中值的方法，以某一采样周期连续采样若干次，从所得的l组数中去掉认为最不可能的数据，取剩余数据的平均值，便能得到与实际值相近的数据。如对输入量采样12次，去掉其中的最大值和最小值，取余下的10个采样数据的平均值作为实际值，即4)中值与限幅