CN113965069A - 一种变频器的抗干扰装置和变频器 - Google Patents

一种变频器的抗干扰装置和变频器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频器的抗干扰装置和变频器，该装置包括：采集单元，被配置为采集动作器件单元的动作参数比较单元，被配置为将动作器件单元的动作参数与预先设置的基准参数进行比较，得到比较结果；隔离单元，被配置为对比较结果进行隔离，得到隔离参数；并将隔离参数输出至控制器；控制器，被配置为基于隔离参数，对变频器进行控制。该方案，通过对变频器内部出现的干扰信号进行隔离，避免干扰信号耦合到弱电控制的线路上，能够提升变频器的性能。

Description

一种变频器的抗干扰装置和变频器
技术领域
本发明属于变频器技术领域，具体涉及一种变频器的抗干扰装置和变频器，尤其涉及一种大功率变频器隔离型触点检测电路、以及具有该大功率变频器隔离型触点检测电路的变频器。
背景技术
大功率变频调速系统中，变频器输入正弦波交流电压，整流滤波后，再通过PWM(脉冲宽度调制)调制成电压和频率可调的电压波形。
在变频器中，整流模块(或整流电路)是典型的非线性装置，其产生的谐波电流较大，该谐波电流会叠加在供电系统的阻抗上产生压降，导致电压波形发生畸变，这种畸变电压对许多电子设备造成干扰，当谐波电流一定时，这种畸变对弱电源的干扰将更加严重。
在变频器中，逆变电路就是一个高速通断的开关电路，以脉冲调制方式调制母线电压，这种输出的PWM电压上包涵丰富的高频成分，这种高频电压会通过变频器的内部电缆产生电磁辐射，形成辐射干扰。
变频器内部控制器件对这些干扰信号较为敏感，这些干扰信号很容易耦合到弱电控制的线路上，进而对整个变频调速系统造成干扰。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种变频器的抗干扰装置和变频器，以解决变频器内部的干扰信号耦合到弱电控制的线路上，对整个变频调速系统造成干扰，影响了变频器的性能的问题，达到通过对变频器内部出现的干扰信号进行隔离，避免干扰信号耦合到弱电控制的线路上，能够提升变频器的性能的效果。
本发明提供一种变频器的抗干扰装置中，所述变频器，具有动作器件单元和控制器；所述变频器的抗干扰装置，包括：采集单元、比较单元和隔离单元；其中，所述采集单元，被配置为采集所述动作器件单元的动作参数所述比较单元，被配置为将所述动作器件单元的动作参数与预先设置的基准参数进行比较，得到比较结果；所述隔离单元，被配置为对所述比较结果进行隔离，得到隔离参数；并将所述隔离参数输出至所述控制器；所述控制器，被配置为基于所述隔离参数，对所述变频器进行控制。
在一些实施方式中，所述动作器件单元，包括：断路器、继电器和接触器中的至少之一；所述比较单元，能够将所述断路器、所述继电器和所述接触器中任一器件的动作参数，与预先设置的该器件的基准参数进行比较。
在一些实施方式中，所述变频器的抗干扰装置，还包括：电源单元；所述电源单元，被配置为对所述动作器件单元和所述比较单元中的至少之一进行供电。
在一些实施方式中，所述比较单元，包括：比较模块；所述动作器件单元的动作参数，能够输入至所述比较模块的反相输入端；所述预先设置的基准参数，能够输入至所述比较模块的同相输入端；所述比较模块的输出端，能够输出所述比较结果。
在一些实施方式中，所述比较单元，还包括：第一滤波模块、第二滤波模块和第三滤波模块中的至少之一；其中，在所述比较单元还包括第一滤波模块的情况下，所述第一滤波模块，设置在所述动作器件单元的动作参数与所述比较模块的反相输入端之间；在所述比较单元还包括第二滤波模块的情况下，所述第二滤波模块，设置在所述预先设置的基准参数与所述比较模块的同相输入端之间；在所述比较单元还包括第三滤波模块的情况下，所述第三滤波模块，设置在所述比较模块的输出端。
在一些实施方式中，所述比较单元，还包括：第一限流模块和第二限流模块中的至少之一；其中，在所述比较单元还包括第一限流模块的情况下，所述第一限流模块，设置在所述第一滤波模块与所述比较模块的反相输入端之间；在所述比较单元还包括第二限流模块的情况下，所述第二限流模块，设置在所述预先设置的基准参数与所述第二滤波模块之间。
在一些实施方式中，所述比较单元，还包括：第一上拉模块；其中，所述第一上拉模块，设置在所述比较模块的输出端。
在一些实施方式中，所述隔离单元，包括：光耦模块；所述比较结果，输入至所述光耦模块的二极管侧；所述光耦模块的晶体管侧，输出所述隔离参数。
在一些实施方式中，所述隔离单元，还包括：第四滤波模块和第五滤波模块中的至少之一；其中，在所述隔离单元还包括第四滤波模块的情况下，所述第四滤波模块，设置在所述比较结果，输入至所述光耦模块的二极管侧之间；在所述隔离单元还包括第五滤波模块的情况下，所述第五滤波模块，设置在所述光耦模块的晶体管侧与所述隔离参数之间。
在一些实施方式中，所述隔离单元，还包括：第二上拉模块和第三上拉模块中的至少之一；其中，在所述隔离单元还包括第二上拉模块的情况下，所述第二上拉模块，设置在所述第四滤波模块与所述光耦模块的二极管侧之间；在所述隔离单元还包括第三上拉模块的情况下，所述第三上拉模块，设置在所述光耦模块的晶体管侧与所述第五滤波模块之间。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种变频器，包括：以上所述的变频器的抗干扰装置。
由此，本发明的方案，通过设置隔离型触点检测电路，利用该隔离型触点检测电路，采集变频器内部断路器、继电器、接触器等强电器件的动作电平，通过比较器进行第一步处理，将第一步处理后的电平信号通过光耦隔离传送给主控检测，以降低来自变频器内部的耦合干扰和浪涌电压；从而，通过对变频器内部出现的干扰信号进行隔离，避免干扰信号耦合到弱电控制的线路上，能够提升变频器的性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的变频器的抗干扰装置的一实施例的结构示意图；
图2为变频器的电气拓扑示意图；
图3为隔离电路的控制信号流程示意图；
图4为比较单元的一实施例的结构示意图；
图5为隔离单元的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种变频器的抗干扰装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该变频器的抗干扰装置可以包括：所述变频器，具有动作器件单元和控制器。所述动作器件单元，是变频器内部能够产生开关等动作的器件，如变频器内部的断路器等器件。所述控制器，是变频器的控制器，能够基于动作器件单元的动作对变频器中其它部分进行控制。所述变频器的抗干扰装置，包括：采集单元、比较单元和隔离单元。采集单元、比较单元和隔离单元，依次配合设置在动作器件单元和控制器之间。
其中，所述采集单元，被配置为采集所述动作器件单元的动作参数，如动作电平。所述采集单元，可以是采样电阻。
所述比较单元，被配置为将所述动作器件单元的动作参数与预先设置的基准参数进行比较，得到比较结果。
所述隔离单元，被配置为对所述比较结果进行隔离，得到隔离参数。并将所述隔离参数输出至所述控制器。
所述控制器，被配置为基于所述隔离参数，对所述变频器进行控制，具体是对所述变频器中的相应部分进行控制。
考虑到变频器在正常工作时会时刻检测变频器内部断路器、继电器、接触器等强电器件的位置状态，本发明的方案，针对这种情况提供一种隔离变频器内部继电器动作产生的干扰的方法，该干扰来自于变频器内部电磁辐射、耦合干扰、浪涌电压。具体是提供了一种隔离型触点检测电路，解决了检测回路上出现的干扰问题，该方法简单可靠，能够解决在变频器内部长距离传输过程中产生的干扰信号问题，增加变频器在强电磁干扰情况下的抗干扰能力，隔离变频器内部继电器，断路器动作产生的浪涌电压，能有效提高变频器运行的稳定性，提高了变频器的应用性能，使其能满足大部分应用场合要求。
在一些实施方式中，所述动作器件单元，包括：断路器、继电器和接触器中的至少之一。
所述比较单元，能够将所述断路器、所述继电器和所述接触器中任一器件的动作参数，与预先设置的该器件的基准参数进行比较。
在本发明的方案中，利用隔离型触点检测电路，采集变频器内部断路器、继电器、接触器等强电器件的动作电平，通过比较器进行第一步处理，将第一步处理后的电平信号通过光耦隔离传送给主控检测，降低来自变频器内部的耦合干扰和浪涌电压。本发明的方案采用的是比较器和光耦隔离来实现信息隔离和传输。而相关方案中采用的是将采集到的模拟电压值进行模数转换，以数字信号驱动继电器工作，二者的原理完全不同。本发明的方案，通过隔离变频器内部继电器、断路器等功率器件动作产生的浪涌电压，降低变频器的故障率，提高变频器运行的稳定性。变频器在满功率运行时会产生较强的辐射干扰，该种隔离电路能有效降低辐射对主控的影响，提高主控运行的精度。也能够减少变频器内部线路上屏蔽材料的使用，降低变频器成本。
例如：如图3所示，电压单元会给这几个强电器件供24V的电压，若该器件闭合，比较单元就能采集到该24V电压用于比较判断。用以读取和判断光耦传输的数据，以便促使变频器正常工作。
图2为变频器的电气拓扑图，分为主回路，辅助回路和控制回路。图2展示的是整个变频器的电气拓扑图。如图2所示，三相交流电源的三相输入端A、B、C，经主断路器、不控整流模块、母线电容C母线和全控逆变模块后，连接至电机M。三相交流电源的三相输入端A、B、C，还经AC/DC模块后，再经欠压脱扣器、接触器、断路器辅助触头后，再经电机主控板和驱动单元后连接至全控逆变模块。全控逆变模块，反馈至驱动单元，再反馈至电机主控板，再反馈至欠压脱扣器、接触器、断路器辅助触头。欠压脱扣器、接触器、断路器辅助触头，还与主断路器相连。
本发明的方案提供的一种隔离型触点检测电路，能隔离触点电路的耦合干扰，降低变频器的故障率，提高变频器运行的稳定性。如图2所示，变频器整个拓扑结构分为主回路，辅助回路和控制回路，其中主回路由软启动回路、整流单元、母线电容支撑单元和逆变单元组成，辅助回路由AC/DC电源、断路器和继电器等组成，控制回路由控制器、驱动器等组成。
变频器内部断路器、继电器、接触器等器件在动作时会产生很强的浪涌电流和电压，变频器在工作时会实时采集断路器、继电器、接触器等器件的状态，该浪涌电压电流会通过采集线路输送到主控，容易导致变频器非故障停机。
在一些实施方式中，所述变频器的抗干扰装置，还包括：电源单元，如电压单元。所述电压单元，与所述动作器件单元连接。所述电压单元，还与所述比较单元连接。
所述电源单元，被配置为对所述动作器件单元和所述比较单元中的至少之一进行供电。
图3为变频器逻辑控制电路图。图3展示的是辅助回路中欠压脱扣器、接触器、断路器辅助触头闭合时的触点动作电压采集原理。
如图3所示，本发明的方案提供的一种触点检测隔离电路，在图3所示的例子中，包括：触点单元、比较单元、隔离单元、电压单元、采集处理单元。电压单元会给变频器内部断路器、继电器、接触器的触点单元和比较单元供电，触点采集单元会时刻采集触点单元的电压，若采集到24V左右电压，代表该处断路器等强电器件处于闭合状态，反之处于断开状态。比较单元会预设一个基准电压用于和触点采集到的反馈电压作比较，并输出一个高低电平信号，高电平代表闭合，低电平代表断开。输出的高低电平信号会发送给隔离单元，通过隔离单元内的光耦隔离，最后输出一个干净的信号给主控，用于判断各器件的实时状态。之前通过屏蔽材料包裹弱电传输线路来降低变频器电磁辐射的耦合干扰，由于采用了该种光耦隔离方式检测电路，可以降低变频器柜内各自屏蔽材料的使用，同步降低变频器的材料成本，提高市场竞争力。
在一些实施方式中，所述比较单元，包括：比较模块，如比较器U1。
所述动作器件单元的动作参数，能够输入至所述比较模块的反相输入端。所述预先设置的基准参数，能够输入至所述比较模块的同相输入端。所述比较模块的输出端，能够输出所述比较结果。
在一些实施方式中，所述比较单元，还包括：第一滤波模块、第二滤波模块和第三滤波模块中的至少之一。第一滤波模块，如电容C1和电阻R4构成的滤波模块。第二滤波模块，如电容C2和电阻R2构成的滤波模块。第三滤波模块，如电容C3构成的滤波模块。
其中，在所述比较单元还包括第一滤波模块的情况下，所述第一滤波模块，设置在所述动作器件单元的动作参数与所述比较模块的反相输入端之间。
在所述比较单元还包括第二滤波模块的情况下，所述第二滤波模块，设置在所述预先设置的基准参数与所述比较模块的同相输入端之间。
在所述比较单元还包括第三滤波模块的情况下，所述第三滤波模块，设置在所述比较模块的输出端。
在一些实施方式中，所述比较单元，还包括：第一限流模块和第二限流模块中的至少之一。第一限流模块，如电阻R3。第二限流模块，如电阻R1。
其中，在所述比较单元还包括第一限流模块的情况下，所述第一限流模块，设置在所述第一滤波模块与所述比较模块的反相输入端之间。
在所述比较单元还包括第二限流模块的情况下，所述第二限流模块，设置在所述预先设置的基准参数与所述第二滤波模块之间。
在一些实施方式中，所述比较单元，还包括：第一上拉模块。第一上拉模块，如电阻R5。
其中，所述第一上拉模块，设置在所述比较模块的输出端。
图4为比较电路图。图4可以展示隔离型触点检测电路的比较电路图，本发明的方案只列举采其中一个器件的状态。Vd1为触点采集单元采集变频器内部断路器、继电器、接触器的反馈电压，Vd2为电压单元提前预置的基准电压，Vd1为比较器输出端的上拉电平，V4为Vd1、Vd2比较后输出的高低电平信号。若Vd1≥Vd2则V4为低电平信号，代表该器件处于断开状态，若Vd1＜Vd2，则输出V4为高电平信号，代表该器件处于闭合状态。比较后的高低电平信号传递给隔离单元。比较装置处理计算公式如下：
Figure BDA0003357188990000071
Udc-＝Vd1。
若Udc+≥Udc-，则表明该处强电器件状态为断开状态。
若Udc+＜Udc-，则表明该处强电器件状态为断开状态。
如图4所示，比较电路，包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，电容C1、电容C3和电容C6，以及比较器U1。电阻R4和电阻R5的阻值可以相等。变频器内部断路器、继电器、接触器的反馈电压Vd1经电阻R3后输入至比较器U1的反相输入端，变频器内部断路器、继电器、接触器的反馈电压Vd1还经并联的电容C1和电阻R4后接地。电压单元提前预置的基准电压Vd2经电阻R1后输入至比较器U1的同相输入端。比较器U1的同相输入端，还经并联的电容C2和电阻R2后接地。比较器U1的同相输入端的输入电压为Udc+，比较器U1的反相输入端的输入电压为Udc-。比较器U1的输出端输出高低电平信号V4。上拉电平Vd1经电阻R5后连接至比较器U1的输出端。比较器U1的输出端还经电容C3后接地。
在一些实施方式中，所述隔离单元，包括：光耦模块，如光耦OC1。
所述比较结果，输入至所述光耦模块的二极管侧。所述光耦模块的晶体管侧，输出所述隔离参数。
在一些实施方式中，所述隔离单元，还包括：第四滤波模块和第五滤波模块中的至少之一。第四滤波模块，如电容C4和电阻R7构成的滤波模块。第五滤波模块，如电容C5和电阻R9构成的滤波模块。
其中，在所述隔离单元还包括第四滤波模块的情况下，所述第四滤波模块，设置在所述比较结果，输入至所述光耦模块的二极管侧之间。
在所述隔离单元还包括第五滤波模块的情况下，所述第五滤波模块，设置在所述光耦模块的晶体管侧与所述隔离参数之间。
在一些实施方式中，所述隔离单元，还包括：第二上拉模块和第三上拉模块中的至少之一。第二上拉模块，如电阻R6。第三上拉模块，如电阻R8。
其中，在所述隔离单元还包括第二上拉模块的情况下，所述第二上拉模块，设置在所述第四滤波模块与所述光耦模块的二极管侧之间。
在所述隔离单元还包括第三上拉模块的情况下，所述第三上拉模块，设置在所述光耦模块的晶体管侧与所述第五滤波模块之间。
图5为隔离电路图。图4和图5展示的是采集到该信号后的比较处理和隔离处理方法。图5可以展示隔离型触点检测电路隔离电路图，用于处理电压比较回路传输的信号，通过光耦将触点单元反馈的信号隔离开，Vd2为控制器主控端上拉电平，T.DSP为主控最终采集到的触点电平信号。
如图5所示，隔离电路，包括：电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9，电容C4和电容C5，以及光耦OC1。电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9的阻值可以相等。电容C4和电容C5的容值可以相等。高低电平信号V4，连接至光耦OC1的二极管侧的阴极。高低电平信号V4，还连接至并联的电容C4和电阻R7的第一端。并联的电容C4和电阻R7的第二端，连接至光耦OC1的二极管侧的阳极。上拉电压Vd1经电阻R6后，连接至光耦OC1的二极管侧的阳极。上拉电压Vcc2经电阻R8后连接至光耦OC1的晶体管侧的集电极。光耦OC1的晶体管侧的集电极，经电阻R9后输出触点电平信号T.DSP。触点电平信号T.DSP经电容C5后接地。至光耦OC1的晶体管侧的发射极接地。
在一些替代实施方式中，上述实施方式应用在变频器隔离型触点检测电路中，但同样适用于其他类型大功率强电器件状态检测电路，如开关控制柜开关器件状态采集。
在一些替代实施方式中，该种隔离方法亦可用于采集变频器驱动电路故障信号。例如：驱动电路的故障信号一般来源于对IGBT集电极、发射极和门极电流电压的检测，该故障信号有很强的耦合干扰，直接对该信号采集会影响处理器运行的稳定性。
采用本发明的技术方案，通过设置隔离型触点检测电路，利用该隔离型触点检测电路，采集变频器内部断路器、继电器、接触器等强电器件的动作电平，通过比较器进行第一步处理，将第一步处理后的电平信号通过光耦隔离传送给主控检测，以降低来自变频器内部的耦合干扰和浪涌电压；从而，通过对变频器内部出现的干扰信号进行隔离，避免干扰信号耦合到弱电控制的线路上，能够提升变频器的性能。
根据本发明的实施例，还提供了对应于变频器的抗干扰装置的一种变频器。该变频器可以包括：以上所述的变频器的抗干扰装置。
由于本实施例的变频器所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过设置隔离型触点检测电路，利用该隔离型触点检测电路，采集变频器内部断路器、继电器、接触器等强电器件的动作电平，通过比较器进行第一步处理，将第一步处理后的电平信号通过光耦隔离传送给主控检测，以降低来自变频器内部的耦合干扰和浪涌电压，能有效提高变频器运行的稳定性，提高了变频器的应用性能；也能够有效降低辐射对主控的影响，提高主控运行的精度。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述变频器，具有动作器件单元和控制器；所述变频器的抗干扰装置，包括：采集单元、比较单元和隔离单元；其中，
所述采集单元，被配置为采集所述动作器件单元的动作参数；
所述比较单元，被配置为将所述动作器件单元的动作参数与预先设置的基准参数进行比较，得到比较结果；
所述隔离单元，被配置为对所述比较结果进行隔离，得到隔离参数；并将所述隔离参数输出至所述控制器；
所述控制器，被配置为基于所述隔离参数，对所述变频器进行控制。
2.根据权利要求1所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述动作器件单元，包括：断路器、继电器和接触器中的至少之一；
所述比较单元，能够将所述断路器、所述继电器和所述接触器中任一器件的动作参数，与预先设置的该器件的基准参数进行比较。
3.根据权利要求1或2所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述变频器的抗干扰装置，还包括：电源单元；
所述电源单元，被配置为对所述动作器件单元和所述比较单元中的至少之一进行供电。
4.根据权利要求1或2所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述比较单元，包括：比较模块；
所述动作器件单元的动作参数，能够输入至所述比较模块的反相输入端；所述预先设置的基准参数，能够输入至所述比较模块的同相输入端；所述比较模块的输出端，能够输出所述比较结果。
5.根据权利要求4所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述比较单元，还包括：第一滤波模块、第二滤波模块和第三滤波模块中的至少之一；其中，
在所述比较单元还包括第一滤波模块的情况下，所述第一滤波模块，设置在所述动作器件单元的动作参数与所述比较模块的反相输入端之间；
在所述比较单元还包括第二滤波模块的情况下，所述第二滤波模块，设置在所述预先设置的基准参数与所述比较模块的同相输入端之间；
在所述比较单元还包括第三滤波模块的情况下，所述第三滤波模块，设置在所述比较模块的输出端。
6.根据权利要求5所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述比较单元，还包括：第一限流模块和第二限流模块中的至少之一；其中，
在所述比较单元还包括第一限流模块的情况下，所述第一限流模块，设置在所述第一滤波模块与所述比较模块的反相输入端之间；
在所述比较单元还包括第二限流模块的情况下，所述第二限流模块，设置在所述预先设置的基准参数与所述第二滤波模块之间。
7.根据权利要求5所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述比较单元，还包括：第一上拉模块；其中，
所述第一上拉模块，设置在所述比较模块的输出端。
8.根据权利要求1或2所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述隔离单元，包括：光耦模块；
所述比较结果，输入至所述光耦模块的二极管侧；所述光耦模块的晶体管侧，输出所述隔离参数。
9.根据权利要求8所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述隔离单元，还包括：第四滤波模块和第五滤波模块中的至少之一；其中，
在所述隔离单元还包括第四滤波模块的情况下，所述第四滤波模块，设置在所述比较结果，输入至所述光耦模块的二极管侧之间；
在所述隔离单元还包括第五滤波模块的情况下，所述第五滤波模块，设置在所述光耦模块的晶体管侧与所述隔离参数之间。
10.根据权利要求9所述的变频器的抗干扰装置，其特征在于，所述隔离单元，还包括：第二上拉模块和第三上拉模块中的至少之一；其中，
在所述隔离单元还包括第二上拉模块的情况下，所述第二上拉模块，设置在所述第四滤波模块与所述光耦模块的二极管侧之间；
在所述隔离单元还包括第三上拉模块的情况下，所述第三上拉模块，设置在所述光耦模块的晶体管侧与所述第五滤波模块之间。
11.一种变频器，其特征在于，包括：如权利要求1至10中任一项所述的变频器的抗干扰装置。
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