摘? 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平得到了很大的提升，各種家電如空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、熱水器逐漸走入到了尋常百姓家。變頻技術(shù)是最近興起的技術(shù)，通過將該技術(shù)應(yīng)用到電器當(dāng)中，可以降低其能耗和噪音。但在該變頻技術(shù)的使用過程中，容易產(chǎn)生比較多的諧波，對電力系統(tǒng)中其它電器設(shè)備的運行造成比較大的影響，需要認(rèn)真做好諧波的治理工作。為此，我將要在本文中對冰箱變頻系統(tǒng)的諧波干擾與治理進(jìn)行分析，希望對促進(jìn)我國家電事業(yè)的發(fā)展，可以起到有利的作用。

關(guān)鍵詞：冰箱;變頻控制系統(tǒng);諧波干擾

中圖分類號：TM925.21? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

變頻驅(qū)動技術(shù)在家用電器當(dāng)中的應(yīng)用非常多，其變頻電路由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。通過變頻驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用，可以將220伏的工頻交流電整流成310伏的直流電，然后再逆變成交流電。在其整流的過程中，經(jīng)常會使用大功率二極管、可控硅、IGBT等，再受壓縮機(jī)自身特性的影響，會產(chǎn)生大量的諧波電流，這些電流是對供電系統(tǒng)有害的，對電力系統(tǒng)造成較大的污染，嚴(yán)重影響到電力系統(tǒng)當(dāng)中其它家用電器的穩(wěn)定運行，需要認(rèn)真做好諧波的治理工作。

1 變頻冰箱電磁干擾的類型

通過對諧波污染的分析，其主要會包括傳導(dǎo)干擾、輻射干擾、耦合干擾[1]。

傳導(dǎo)干擾。在設(shè)備運行的過程中，一旦其電壓或者電流發(fā)生突變，就會直接導(dǎo)致干擾現(xiàn)象的發(fā)生，這些干擾會隨著線路傳導(dǎo)到其它設(shè)備處，對設(shè)備的正常運行，造成直接的影響。通一般的干擾輻射相比，其影響范圍會更大一些，過程中傳播的能量也會更大一些。該干擾在變頻冰箱運行中，非常常見。

輻射干擾（圖1）。如果變頻板放置在了一個相對比較開放的空間當(dāng)中，其在運行過程中產(chǎn)生的電磁輻射，會直接通過外殼或者裂縫傳導(dǎo)出去。如果電磁波的波長和裂隙的寬度比較接近，就會對附近電器設(shè)備的運行造成直接的影響。在相關(guān)設(shè)備受到干擾之后，其就會成為新的干擾源，進(jìn)而導(dǎo)致二次輻射干擾問題的發(fā)生，這在變頻冰箱運行中也比較常見。

耦合干擾。耦合干擾在變頻冰箱運行也比較常見，干擾是以耦合的形式進(jìn)行傳播的，這種干擾發(fā)生的一個最大特點是需要距離盡可能近，并直接在導(dǎo)體之內(nèi)感應(yīng)出來電流，對設(shè)備的運行造成直接的影響。

2諧波干擾所產(chǎn)生的危害

變壓器。諧波干擾電流的產(chǎn)生，將會導(dǎo)致銅損的增加，電壓諧波會增加鐵損，變壓器的溫度會上升，導(dǎo)致其容量裕度減少。此外，如果諧波過大，還會直接導(dǎo)致變壓器繞組之間產(chǎn)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致其鐵芯磁通飽和，進(jìn)而導(dǎo)致噪聲現(xiàn)象的出現(xiàn)。高頻諧波是導(dǎo)致變壓器溫度過高的主要原因。

電動機(jī)。輸出的諧波會直接導(dǎo)致電動機(jī)出現(xiàn)發(fā)熱的情況，這會導(dǎo)致電機(jī)的額外溫升，需要對電機(jī)進(jìn)行降額使用，不能充分發(fā)揮電機(jī)的作用。由于電機(jī)電流波形失真情況比較嚴(yán)重，其重復(fù)峰值電壓就會過高，對電機(jī)的絕緣性能造成非常大的影響，導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)脈振扭矩，增加電機(jī)運行噪聲[2]。

開關(guān)設(shè)備。由于諧波電流的出現(xiàn)，會導(dǎo)致設(shè)備在啟動過程中會出現(xiàn)很大的電流變化。一旦開關(guān)設(shè)備出現(xiàn)了問題，就會導(dǎo)致消弧線圈不能正常工作，導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備運行異常，直接威脅到電路的安全運行。

保護(hù)電器。如果電流當(dāng)中的諧波過大，就會導(dǎo)致額外扭矩的產(chǎn)生，對電器的運行特性造成非常直接的影響，容易導(dǎo)致其誤動作的發(fā)生。因此，其諧波應(yīng)該限制在百分之十以內(nèi)，這樣才會避免電器的運行出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。

3 變頻冰箱干擾的抑制

認(rèn)真做好接地設(shè)計。接地設(shè)計在電器電路設(shè)計中非常常見，其設(shè)計也相對比較簡單，如果設(shè)計不當(dāng)，就容易導(dǎo)致各種問題的發(fā)生，甚至?xí)鸢踩[患。為了讓電路由較強(qiáng)的電磁兼容性，需要認(rèn)真做好防靜電接地設(shè)計、屏蔽接地設(shè)計、信號接地設(shè)計等。對于那些敏感的元器件，其對屏蔽接線設(shè)計有著更高的要求，整個設(shè)計過程也比較繁瑣，只有合理進(jìn)行設(shè)計，才能避免屏蔽層內(nèi)部和外部產(chǎn)生相互干擾的現(xiàn)象。一旦屏蔽設(shè)計不當(dāng)，就容易產(chǎn)生如下的一些干擾：（1）開關(guān)電源的交流干擾。該干擾的發(fā)生和交流電源有著非常直接的關(guān)系，又被稱為防護(hù)交流干擾。為了降低這種干擾，可以對電源進(jìn)行濾波處理，或者在電壓變壓器初次級間加入屏蔽接地。在大的雜散電磁場環(huán)境當(dāng)中，為了避免產(chǎn)生過強(qiáng)的電磁干擾，必須采取有效的屏蔽接地。（2）變頻驅(qū)動板高頻干擾。如果在驅(qū)動板的設(shè)計存在不合理之處，容易在驅(qū)動板地磁場附近出現(xiàn)輻射干擾，只有合理對驅(qū)動板金屬屏蔽進(jìn)行合理設(shè)置，才能將該干擾降到最低，避免干擾從孔縫當(dāng)中泄露出去，如果必要可以設(shè)置屏蔽罩處理。變頻驅(qū)動線的寬度對干擾的產(chǎn)生也會造成一定的影響，通過采用雙絞線處理，也可以有效減少干擾量，并合理設(shè)置電源線和壓縮線之間的距離。如果電路板比較大，兩者之間的距離應(yīng)該盡量大一些。

合理對濾波器進(jìn)行使用。通過對濾波器的合理使用，也可以降低諧波的產(chǎn)生量。在實際選擇使用濾波器的過程中，為了有效降低電冰箱運行過程中的干擾問題，應(yīng)該盡量使用具有雙向功能的濾波器，其抑制干擾的能力會更強(qiáng)一些。在對濾波器的實際使用過程中，應(yīng)該做好以下的工作：（1）為了避免濾波器在實際使用過程中產(chǎn)生另外的干擾，濾波器應(yīng)該盡量使用雙絞線，其抑制外部干擾的能力相對比較強(qiáng)。（2）濾波器到驅(qū)動板的接線應(yīng)該盡量短一些，這樣可以有效抑制信號在傳輸過程中受到的干擾。（3）為了提升濾波器的抗干擾效果，其外殼應(yīng)該合理進(jìn)行接地。（4）為了保證濾波器的濾波效果，其輸入和輸出走向應(yīng)該盡量保持相反，在走線的過程中，應(yīng)該避免線路交叉情況的出現(xiàn)。

認(rèn)真做好線束的布局設(shè)計?，F(xiàn)代電冰箱的功能越來越復(fù)雜，其內(nèi)部走線變得越來越復(fù)雜，其中開關(guān)電源、變頻板、壓縮機(jī)走線、電源線的布線方式選擇是否合理，對設(shè)備的抗干擾性能，有著非常直接的影響。根據(jù)長期的電氣線路設(shè)計經(jīng)驗，在實際開展布線的過程中，應(yīng)該認(rèn)真做好以下的工作：（1）在電器盒安裝的過程中，電器盒蓋線束出口到壓縮機(jī)的路徑應(yīng)該盡量短一些，做好不要超過40厘米。（2）對于壓縮機(jī)的配線，應(yīng)該增加磁環(huán)，可以在壓縮機(jī)的配線上增加一個磁環(huán)，讓其緊密纏繞束線一圈，配線磁環(huán)距離壓縮機(jī)配線出口端口應(yīng)該保持在15厘米左右，磁環(huán)應(yīng)該選擇RH17.5*28.5*9.5。（3）在進(jìn)行壓縮機(jī)配線布置的過程中，應(yīng)該盡量從冰箱兩旁進(jìn)行走線，保持壓縮機(jī)配線和電源線之間的距離，兩者沿途間隔應(yīng)該保持在20厘米。（4）可以通過在冰箱電源線上增加一個磁環(huán)，這樣可以避免干擾的外傳。（5）在變頻板接地位置的選擇中，應(yīng)該盡量將接地線布置在門合頁處，從而達(dá)到更好的接地目的。

在開展PCB布線的過程中，布線關(guān)系會直接決定設(shè)計成功的關(guān)鍵，PCB上銅箔導(dǎo)線的位置、密度、寬窄、間距和走線形式都會直接決定PCB的抗干擾能力，為了保證其具有較好的抗干擾能力，就需要合理進(jìn)行布線。

布線過程中板型的選擇和布線密度的選擇。在滿足布線的要求之下，應(yīng)該合理對PCB板型優(yōu)先進(jìn)行選擇，然后才能考慮雙面板和多層板。在布線密度的設(shè)計過程中，應(yīng)該盡量保證電路結(jié)構(gòu)的合理性，布線結(jié)構(gòu)也應(yīng)該盡量簡單和均勻。

合理對布線的線寬和間距進(jìn)行選擇。在PCB進(jìn)行布線的過程中，其最小寬度應(yīng)該由導(dǎo)線流過電流大小和絕緣板基板間的粘附強(qiáng)度所決定。導(dǎo)線的寬度正常情況下不應(yīng)該低于8米爾，如果需要，可以適當(dāng)增加導(dǎo)線的寬度。如果銅箔的厚度在2米爾，導(dǎo)線的寬度一般可以設(shè)定在60米爾即可。如果沒有特別的要求，布線的寬度可以選擇在8-12米爾左右。在普通數(shù)字電路的設(shè)計過程中，導(dǎo)線的寬度可以選擇在2-2.8米爾，電源和地線的寬度應(yīng)該盡量寬，地線的寬度應(yīng)該大于電源線，如果電源線的寬度大于信號線的寬度，可以采用敷銅接地處理。在PCB的布線設(shè)計過程中，應(yīng)該盡量避免輸入端和輸出端的導(dǎo)線出現(xiàn)交叉的現(xiàn)象，可以通過在線路間增加電容的方式，來避免發(fā)生反饋耦合的情況[3]。

在開展電源設(shè)計中，應(yīng)該把握的原則。隨著電冰箱功能的不斷增加，其電路的規(guī)模不斷增加。為了保證電路板中各種元件的正常運行，往往需要多種電源，電源的類型非常多。如果電源的設(shè)計相對比較簡答，可以將這些電源匯總到一起。如果電路相對比較復(fù)雜，就需要設(shè)計多個電源模塊，每一個電源模塊提供一種類型的電源。在電源模塊的設(shè)計過程中，應(yīng)該盡量采用就近的原則，讓電源盡量靠近它們的供電元件。在具體的設(shè)計過程中，各個電源模塊應(yīng)該具有相同的布線電阻。一旦其中任何一種電源模塊發(fā)生了變化，就可能對電路的正常運行，造成直接的影響，導(dǎo)致各種元器件無法正常運行，線路信號受到干擾。因此，基板電源底線分布應(yīng)該盡量各自引出，即使由于電流變化導(dǎo)致電壓降，其也僅僅會集中到模塊之上，并不會對其它模塊的運行，造成的直接的影響。

盡量使用大面積的銅箔?？梢允褂么竺娣e的銅層對未布線區(qū)域進(jìn)行填充，但應(yīng)該避免使用大面積的實心銅箔，其在常時間的發(fā)熱之后，很容易發(fā)生銅箔起皮脫落的情況，可以采用柵格的設(shè)計方式，這更加有利于排除銅箔和基板之間的粘合劑由于受熱而發(fā)出揮發(fā)性的氣體。在高頻元件的周圍，應(yīng)該盡量采用柵格大面積銅箔，對貫穿的引腳也應(yīng)該采用熱焊盤的處理方式。

盡量保持布線的美觀。在開展PCB布線設(shè)計的過程中，應(yīng)該保證器件整齊排列，盡量保證走線的美觀程度。在保證布線滿足國際標(biāo)準(zhǔn)要求之下，應(yīng)該盡量保證布線的美觀性，對于暴露在用戶面前的電路部分，如果布線不合理，就會直接影響到產(chǎn)品的形象。

接地線構(gòu)成閉環(huán)的形式。在進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計過程中，通過將線路設(shè)計成閉路的形式，可以進(jìn)一步提升其抗噪聲的能力。這主要是由于，在印刷電路板上有非常多的集成電路元件，受到接地線粗細(xì)的影響，如果在其上存在過大的電位差，就會直接導(dǎo)致其抗噪聲的能力下降。為了有效避免這個問題，可以將地線做出環(huán)路的形式，進(jìn)一步縮小電位差，有效提升電子設(shè)備的抗噪聲能力。

參考文獻(xiàn)

[1]梁偉.關(guān)于電子電路設(shè)計中的抗干擾措施[J].課程教育研究，2017（8）：22-23.

[2]張泓.電子電路設(shè)計常用調(diào)試方法與步驟[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（24）：37-38.

收稿日期：2020-01-09

作者簡介：孫華民（1964—），男，浙江杭州人，大專，工程師，研究方向：冰箱變頻控制系統(tǒng)的諧波探索。