0 导言
一般，咱们把用来驱动1 kV以上沟通电动机的中、大容量变频器称为高压变频器。但按国际惯例和我国国家标准，当按供电电压≥10 kV 时称高压，10 kV至1 kV时应称为中压[1]。考虑到电压>6 kV时，我国变频器多选用交-直-交多电平式拓扑结构。本文所评论的信号传递技能侧重于电压>6 kV的高压变频器。
1 高压变频器的电磁环境
包含高压变频器在内的变频器主电路一般为交-直- 交拓扑结构，由外部电网输入的工频电源，由三相桥路不可控整流成直流电压信号，经过电容滤涉及大功率晶闸管开关器材逆变为频率可变的沟通信号。国内高压变频器的整流部分多选用移相变压器使电网的输入电流谐波在4%以下。在逆变器输出回路中，输出电压信号受PWM载波信号调制的脉冲波形，关于GTR大功率逆变器材，其PWM的载波
频率为2~3 kHz;而IGBT 大功率逆变器材的PWM最高载波频率可达15 kHz。尽管，高压变频器选用移相变压器、多重化等技能手段使变频器的输入输出波形到达了令人满意的程度，可是其功率在到达MW级以上，发生的电磁搅扰与自身功率成正比，其电磁搅扰依然严峻。笔者的搭档用万用表测得变频器内部的共模搅扰电压到达AC 200 V，也就是说信号线所受的共模搅扰电压在AC 200 V以上。
2 高压变频器信号所受电磁搅扰的传达途径
高压变频器能发生功率十分大的谐波，对自身与其它设备搅扰性较强。其搅扰传达途径与一般电磁搅扰途径是共同的，首要分电磁辐射、传导和感应耦合[2]，其具体表现为
1)对周围的电子、电气设备发生电磁辐射。高压变频器的逆变桥选用PWM技能，当依据给定频率和幅值指令发生预期的和可重复的开关方法时，其输出的电压和电流的功率频谱是离散的，而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材的高速切换(du/dt 可达1 kV/μs以上)所引起的辐射搅扰问题适当杰出。
2)强电磁搅扰环境中的变频器电路发生感应耦合，感应出搅扰电压或电流。当回路1对回路2构成磁场耦合搅扰时，在回路2上构成的串联搅扰电压UN为
UN=j棕BAcos兹(1)
式中：棕为搅扰信号的角频率;
B 为搅扰源回路1构成的磁场衔接回路2处的磁通密度;
A 为回路2感触磁场感应的磁通的闭合面积;
兹为B和A 两个矢量的夹角。
电磁耦合搅扰首要由两类组成：一是恶劣电磁环境中的金属导线回路发生的十分高的共模电压;
二是所丈量的电信号自身含有丰厚的噪声。当变频器的信号传输线路和变频器的功率逆变器材的物理间隔比较近时，逆变器材的高次谐波将经过感应的办法耦合到信号线路中去。
3 高压变频器的信号传递技能
据电磁学的基本原理，构成电磁搅扰(EMI)须具有三要素：电磁搅扰源、电磁搅扰途径、对电磁搅扰灵敏的体系。电磁搅扰源不在本文的评论规模之内，本文
首要从堵截电磁搅扰途径和下降体系对电磁搅扰的灵敏性两个方面评论高压变频器的信号传递技能。高压变频器首要从以下几个方面来确保信号传递技能。
3.1 挑选抗搅扰强的信号传递技能
在规划体系时挑选抗搅扰性强的信号传递技能，如优先考虑数字型或电流型信号。数字信号的抗搅扰才能远远强于模仿信号。除丈量用模仿信号外，在数字信号满意信号传输速度的前提下应优先考虑选用数字信号。恶劣的电磁环境对信号电缆的影响首要是发生共模电压搅扰，电流型信号在传输通路中不会出现在同一回路中各点电流巨细不共同的问题，有很强的抗感应式搅扰的才能，引荐选用工业上常用的4~20 mA信号。
3.2 传输介质选光纤
当传递数字信号或电平信号时，选用光纤作为传输介质传递信号。以光波的方法传递信号，能够从根本上根绝信号在传输过程中遭到搅扰;信号在光纤中以光速传输，光纤传输信号速度快;选用光纤能够节约有色金属铜，也比电缆传输信号经济。
3.3 阻隔
阻隔是切除电磁辐射和传导搅扰的有用办法，能够避免搅扰信号传入下一级信号处理电路。阻隔是指堵截信号的电气传达途径，在信号传输的过程中利用光或磁来耦合输入信号。阻隔可分为对模仿信号的阻隔和对数字信号的阻隔两种信号阻隔办法。常用的模仿信号的阻隔办法为阻隔放大器和阻隔变压器;常用的数字信号阻隔办法选用光电耦合器，光电耦合器分普通型和高速型两种。图1为模仿信号阻隔放大器ISO124原理图，图2为双通道高速数字信号光电耦合器原理图。
将不同品种的信号线阻隔铺设(不在同一电缆槽中或在同一电缆槽顶用金属隔板离隔)，能够依据信号不同类型将其按抗噪声搅扰才能分类铺设。
3.4 屏蔽
屏蔽是约束内部的电磁能量越出某一区域和避免外来的能量进入某一区域。一般常用于阻隔和衰减辐射搅扰，屏蔽的实质是由具有杰出导电功能的金属材料制成的一个全封闭的壳体。在高压变频器中传输电信号时均须选用屏蔽电缆，在运用中需求留意以下几点。
1)屏蔽体单端接地，有时也称为静电屏蔽。屏蔽层接近变频器的一端，应接控制电路的公共端(COM)，但不要接到变频器的接地端(E)或大地，如图3所示[3]。
2)当搅扰电场很强而电路灵敏度又高时，可选用双层屏蔽。留意：表里屏蔽层之间只能一点衔接，且要加滤波电路，两层之间间隔应尽或许大。
3)为避免空间电磁波对高灵敏度接纳调制的搅扰，可选用金属网屏蔽室[4]。
3.5 接地
接地的作用归纳起来只要两种，即维护人和设备不受危害的维护接地和为了按捺电磁搅扰的接地———作业接地。在此只评论作业接地的问题，作业接地是为了使变频控制体系及与之相连的外表均能牢靠运转并确保丈量和控制精度而设的接地。在高压变频器信号传递中需求考虑信号回路接地、屏蔽接地，高压变频器用于石化或其他防暴体系中还有本安接地的问题。
1)信号回路接地如各变频器的负端接地，开关信号的负端接地等。信号地的处理原则上不允许各变送器和其他的传感器在现场接地，而应都将其负端在变频器端子处一点接地。但在有些场合，现场有必要接地，这时有必要留意原信号的输入端子(上双端)肯定不允许和变频控制体系的接地线有任何电气连线，而变频控制体系在处理这类信号时，有必要在前端选用有用的阻隔办法。
2)屏蔽接地(模仿信号的屏蔽接地) 模仿地是一切的接地中要求最高的一种，高压变频器要求接地电阻0.1Ω，需求在变频器机柜内部装置模仿地汇流排或其他设备。用户在接线时将屏蔽线别离接到模仿地汇流排上，在机柜底部，用绝缘多股铜线衔接到一点，然后将各机柜的汇流排用绝缘多股铜导线或铜条以辐射状衔接到接地址。留意各机柜之间的衔接电阻需1Ω。
3)本安接地是本安外表或安全栅的接地。这种接地除了可按捺搅扰外，仍是使外表和体系具有实质安全性质的办法之一。本安接地会因选用的设备不同而不同，安全栅的作用是使风险现场端永久处于安全电源和安全电压规模之内。假如现场端短路，由于负载电阻和安全栅电阻R 的限流作用，会将导线上的电流约束在安全规模之内，使现场端不至于发生很高的温度，引起焚烧。假如变频器一端发生毛病，则高压信号参加信号回路，则由于齐纳二极管的作用，也使电压处于安全规模。
3.6 运用双绞线
双绞线的绞扭节距把式(1)中的A 回路分隔成许多小回路，假如双绞线的绞扭共同，那么这些小回路的面积持平而方向相反，因而其磁场搅扰能够彼此抵消。但需求阐明的是双绞线的结构对电场耦合搅扰没有按捺才能。当给双绞线加上屏蔽层后，其按捺搅扰才能更强。图4示出了几种双绞线的运用办法,读者可作比较。假如每2.54 cm扭6个均匀绞扭，对磁场搅扰的按捺dB数如图4所示。其间图4(a)选用单端接地的办法，对磁场搅扰具有高达55 dB 的衰减才能。而图4(b)由于双端接地，地线阻抗与信号线阻抗不对称，地环流构成了双绞线电流不平衡，因而下降了双绞线抗磁场搅扰才能，只要13 dB的抗磁场搅扰才能。图4(c)的屏蔽层双端接地，具有必定的按捺磁场耦合搅扰才能，加上双绞线自身的作用，具有63 dB 的衰减。图4(d)的屏蔽层和双绞线都两头接地，其作用仅仅比图4(b)好，只要28 dB的衰减[2]。
4 结语
如上所述，高压变频器的电磁环境除具有一般电子设备的共性外，还具有自己的特性。在考虑其信号传输时，须归纳选用本文中所提的这些信号传输技能。山东新风景电子科技发展有限公司的风景牌变频器正是由于选用了上述的信号传输技能，产品的牢靠性得到确保，遭到用户好评。
