摘要：天线伺服控制器是天线自动跟踪系统的重要部分，由于模块功能的高度集成化，各种功能的控制电路集成在同一块主板上，共用同一块直流源。变频器与控制器主板又共处在同一机箱，故控制电路极易受到变频器的干扰。本文对变频器在天线伺服控制系统应用中的干扰问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。
关键词：变频器天线控制抗干扰
Abstract: the antenna servo controller is automatic tracking antenna system important part, due to the height of the module function integration, all sorts of function of the control circuit integration in the same motherboards, share the same piece of dc source. The inverter and controller motherboard and coexistence in the same case, the control circuit vulnerable to a frequency converter to the interference. In this paper, the inverter in antenna servo control system disturbance in application are analyzed, and the corresponding solutions.
Keywords: frequency converter anti-interference antenna control
中图分类号：TN82文献标识码：A文章编号
引言
随着电力电子及其控制技术的发展，变频器以其具有节电、节能、可靠，高效的特性广泛应用到了工业控制的各个领域中，如变频器调速在高精度天线跟踪系统中的应用，同时变频器的广泛应用也带来了不能忽视的干扰问题。尤其表现在驱动大功率电机时，变频器运行时产生的高次谐波对周围电路产生的干扰问题尤为突出。如果变频器的干扰问题解决不好，不仅控制器设备无法正常运行，还会影响其它周围的其他电气设备的正常工作。本文结合天线控制器调试过程中变频器出现的干扰问题，主要讨论变频器及其调速系统的干扰及其抑制。
1变频器系统的主要干扰
1.1电网对变频器的干扰
变频调速技术是利用电机的转速和输入电源的频率是线性关系这一原理，将50Hz的市电通过整流和逆变转换为频率可调的电源，供给异步电机实现调速的目的。所以变频器的干扰来源首先是电网，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。
1.2变频器对外部电路的干扰
变频器干扰其它电路的根本原因，是因为其输入和输出电流中的具有高次谐波成分。
A变频器的输入电流中具有很大的高次谐波成分。这些高次谐波电流除了影响功率因数外，还对同一电网的其他电气设备、电子线路的正常运作产生冲击，有可能造成控制瘫痪故障。
B输出电压与电流的波形大多数变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形波；由于电动机定子绕组的电感性质，定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波分量仍然较大。因此对周围的其他设备、电路产生干扰。
C，变频器由主回路和控制回路两大部分组成，变频器主回路由整流电路，逆变电路，控制电路组成，其中整流电路和逆变电路由电子器件组成，电子器件具有非线性特性，当变频器运行时，它要快速进行开关动作，因而产生高次谐波，这样变频器输出波形除了基波外还有大量高次谐波。高次谐波是变频器产生干扰的主要原因。
2干扰的传播途径
变频器工作时能产生功率较大的高次谐波，其干扰途径与一般的电磁波干扰传播方式一样，可分为两种：即传导耦合方式和辐射耦合方式。在天线伺服控制系统中主要的干扰方式是传到耦合。具体为：首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电机铁耗和铜耗增加；并传导干扰到电源，通过配电网络传导给其他模块电路。
2.1电路耦合方式
即通过电源网络传播。由于输入电流为非正弦波，当变频器的容量较大时，将使网络电压发生畸变，影响开关电源模块输入，从而干扰了直流源的输出，最终影响到模块电路。
2.2感应耦合方式
当控制器其他功能电路距变频器的输入或输出电路很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他电路中去。
2.3电磁辐射方式。即以电磁波的方式向四周辐射，这时频率很高的谐波分量的传播方式。
3伺服控制系统的抗干扰方法
电磁干扰的三要素：干扰源、干扰途径、易干扰体。为了防止干扰，可以采取硬件和软件相结合的抗干扰方法。
硬件抗干扰措施主要从抗和防两方面入手，总的原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施可以采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
3.1干扰隔离，是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。
伺服控制器的控制电路与驱动电路，分开供电，一定程度上避免了驱动电路带来的干扰串到控制电路上。
3.2滤波：
软件的抗干扰主要从滤波的角度考虑，伺服控制系统容易受到干扰的模块是同步模块，也就是所谓的编码器跳码问题。
在正常的情况下，天线转动编码器读数数的变化是连续的。如果编码器线路受到外界干扰时，编码器读数将发生跳码。用示波器观察编码器的时钟输出和数据输入，发现波形上叠加着干扰信号。
软件在处理时，加以判断，编码器在一定的范围内转动时，转动的趋势是连续的，偶尔出现的离散值，将利用软件滤除，保证了编码器读数的连续性。
软件在处理干扰时，局限性比较强，它只能是干扰不太强，编码器度数总的趋势还是连续的情况下运用还有很有效果的，但是遇到很强干扰源，编码器度数毫无规律的话，软件滤波也就没有任何意义了。
目前市场中有很多专门用于抗传导干扰的滤波器模块或组件，这些滤波器具有较强的抗干扰能力，同时还具有防止用电器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。 常用双孔磁芯滤波器的结构见图5所示。还有单孔磁芯的滤波器，其滤波能力较双孔的弱些，但成本较低。
3.3接地：正确的接地方式可以有效的抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用的系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地）不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。
对于变频器，主回路端子Pe的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段。
变频器底部一般是金属，要与机箱良好接触，增大变频器的接地面积。
变频器的接地要与其它接地点分开，避免发生串扰。
变频器与电机之间的线缆要采用屏蔽线缆，线缆的屏蔽层不能有断点，屏蔽层在电机与变频器两端良好接地。
曾经遇到过这样一种情况，基于室外防雷的考虑，变频器到电机间的线缆要剪断串进避雷器，线缆的屏蔽层剪断的两端就近分别接地。这时控制电路根本就没办法控制变频器工作。用示波器检测直流供电电源，发现直流上加载高达几十伏的杂波。后来将电机线缆屏蔽层直连，无断点，控制电路恢复工作，直流上叠加的杂波降至几伏。
3.4屏蔽：尽量将变频器的安装位置远离控制电路端，安装被控制的电机端，并用金属罩子屏蔽，就近接地。变频器产生的干扰远离控制电路，减弱干扰对控制的影响。
4 结束语
本文通过分析变频器系统的主要干扰，提出了伺服控制系统的抗干扰方法，克服和抑制各种干扰。随着变频器抗干扰技术的发展和社会环境对变频器的要求不断提高，变频器的干扰和抗干扰问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决，变频器一定会更加广泛的被应用。
参考文献[1]刘美俊.变频器应用及维护技术[M].中国电力出版社，2008.[2]王定华.电磁兼容性原理与设计[M].西电科技大学出版社，1995.[3]张燕宾.变频器调速应用实践[M].机械工业出版社,2001.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。