变频器作为潜在受扰设备的优化方案

1.受扰途径

干扰源产生的各类干扰通过不同的耦合路径影响到受扰设备。耦合路径包括：传导耦合、容性耦合、感性耦合及电磁耦合。干扰源与潜在受扰设备间的耦合路径如图4-14所示。

2.传导耦合

当多个电路中存在一个共用线路时（比如公共接地母排或接地线），噪声信号会通过共用线路产生传导耦合。由电路板1产生的电流I₁将在共用电路阻抗Z上产生压降ΔV₁，将会影响到电路板2的端电压。同样，电路板2上的电流I₂将在共用电路阻抗产生压降ΔV₂，将影响到电路板1的端电压。在共用电路阻抗Z上形成的两电路传导耦合如图4-15所示。

图4-14 干扰源与潜在受扰设备间的耦合路径

举例：电压源DC 24V为两个电路板供电，电路板1是开关电源，电路板2是模拟量信号接口板，对干扰敏感。电路板1产生的干扰信号，将通过传导耦合（也就是在共用阻抗上产生电压降ΔV），干扰电路板2（敏感设备）的端电压。从而影响模拟信号的传输质量。

3.抑制传导耦合干扰的措施

1）尽量减小共用电路的长度；

2）如果共用电路呈高阻抗，那么必须采用较大的导线截面；

3）针对每个电路采用相对独立的供电回路。

4.电容耦合

图4-15 在共用电路阻抗Z上形成的两电路传导耦合

电容耦合存在于相互绝缘，且有电位差的导体间，电位差会在导体间产生电场，电场量的描述为电容C_C。电容C_C的大小取决于导体的几何形状及间距。

图4-16 干扰电流通过电容耦合至信号电缆

图4-16中解释了干扰源I_I通过电容耦合至敏感设备。干扰电流I_I在敏感设备的阻抗Z_I产生压降，成为干扰电压。

举例：若电动机电缆与非屏蔽的信号电缆在长电缆槽内相互并行且近距离走线，电缆间距离越小则两者间的耦合电容C_C越大。作为干扰源的电动机侧逆变器，其输出的脉冲电压通过电容C_C产生干扰电流并耦合至信号电缆，若干扰电流通过开关量输入点耦合至变频器的控制单元，则较低电压幅值的持续几微秒的干扰脉冲就会影响到处理器的数字信号，使变频器无法正常运行。

5.抑制电容耦合的措施

1）尽量增加干扰源电缆与受扰电缆之间的距离；

2）尽量减小电缆并行走线的长度；

3）采用屏蔽的信号电缆。

最有效的方法就是保证动力电缆与信号电缆分开布线，且信号电缆采用屏蔽电缆。这样就可确保干扰电流I_I耦合到屏蔽层，通过屏蔽层，设备机壳或变频器回流至大地而不会干扰到内部电路。

采用屏蔽信号电缆抑制干扰耦合至潜在受扰设备如图4-17所示。

为了保证更有效的屏蔽效果，必须采用尽可能大的接触面实现低阻抗屏蔽连接。对于数字量信号电缆，采用大截面将屏蔽层双端（即发送端和接收端）接地。对于模拟量信号电缆，屏蔽层双端接地将产生低频干扰（环路噪声），所以仅单端接地（即变频器侧），屏蔽层另一端通过MKT电容（10nf/100V）接地即可，对于高频干扰仍相当于双端接地。

图4-17 采用屏蔽信号电缆抑制干扰耦合至潜在受扰设备

在SINAMICS S120装置提供了一些屏蔽连接选项：

1）通过屏蔽夹获得最有效的信号电缆屏蔽连接；(www.xing528.com)

2）通过电缆绑带将电缆屏蔽层有效固定至梳型屏蔽连接处。

SINAMICS S120柜内屏蔽方式如图4-18所示。

以EMC的角度考虑，应尽量避免采用过渡端子，因为屏蔽层的中断将减小抑制干扰的效果。在某些情况下，如果无法避免过渡端子，那么信号电缆屏蔽层在过渡端子前后必须就近连接至屏蔽卡轨上，并保证屏蔽卡轨与机壳之间等电位连接。

在过渡端子中通过钳轨连接变频器柜内的信号电缆屏蔽层如图4-19所示。

图4-18 SINAMICSS120柜内屏蔽方式

图4-19 在过渡端子中通过钳轨连接变频器柜内的信号电缆屏蔽层

6.感应耦合

感应耦合发生在不同的回路中。在一个闭合回路中流过的交流电流将产生交变磁场，此交变磁场影响到其它闭合回路，并感应出电压。感应耦合的幅值由互感M描述，其值取决于闭合回路的形状及回路间的距离。

图4-20 干扰电压通过感应耦合至信号回路

图4-20中画出了一个受干扰源影响的电路。干扰源形成的干扰磁场B_I在信号回路中感应出干扰电压V_I。由干扰电压V_I产生的干扰电流I_I通过受扰设备阻抗Z_I产生压降，导致其无法正常工作。

比如，制动单元工作时产生很高的脉动电流。由于幅值及较高的电流变化率di/dt，这个脉动电流将在信号回路中感应出电压，从而产生脉动干扰电流。干扰电流若通过数字量信号耦合至变频器接口模块，则其无法正常工作。

7.抑制感应耦合的措施

1）尽可能地增大闭合回路间的距离；

2）确保每个闭合回路的面积尽可能小：每个回路的来去线路尽可能地靠近并行走线，对信号电缆应用双绞线；

3）采用屏蔽的信号电缆（若出现感应耦合则必须双端接地）。

8.电磁耦合（辐射耦合）

电磁或辐射耦合是一类通过电磁场形成的干扰。典型干扰源如下：

1）蜂窝无线电设备；

2）蜂窝电话；

3）运行过程中伴随放电的设备（火花塞、焊接设备、接触器等）。

9.抑制电磁耦合的措施

电磁场属于高频范围，为了有效抑制高频或超高频的电磁干扰，必须采取如下的屏蔽措施：

1）变频器柜体采用金属壳体，其中每个组件（柜体框架、背板、门等）必须通过金属相互连接；

2）柜内设备及电子板采用金属壳体相互连接，并接至变频器外壳；

3）采用编织屏蔽电缆抑制高频干扰。