變頻調(diào)速系統(tǒng)抗電磁干擾及解決措施分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越多，變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性已經(jīng)開始影響化工安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其控制系統(tǒng)的抗干擾能力變得尤為重要。化工廠的變頻器有集中布置在獨(dú)立的控制室中，亦有分散在各負(fù)荷現(xiàn)場，但共同之處是均處在強(qiáng)電和一些弱電形成的較為復(fù)雜的電磁環(huán)境中，有的還要承受外界各種通訊設(shè)備發(fā)出的電磁波干擾。文章基于陜西渭化多年來對各種變頻器的使用及維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)簡要分析變頻器的各主要干擾源和干擾信號傳播的途徑，并從硬件和軟件兩方面提出幾種變頻調(diào)速系統(tǒng)抗干擾措施。

1問題的提出

渭化二期兩臺(tái)液氧泵采用變頻驅(qū)動(dòng)，選用的變頻器為ABB原裝進(jìn)口ACS800-04-0400-3，控制方式為DTC控制，輸入控制信號為4～20mA模擬量，輸出控制信號也為4～20mA模擬量，誤差為±0.01mA(±3rpm)，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)變頻器不同程度的出現(xiàn)控制系統(tǒng)紊亂情況，甚至在變頻器附近使用手機(jī)或其他通訊設(shè)備會(huì)對變頻器運(yùn)行產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，致使變頻器輸出轉(zhuǎn)速變化幅度多達(dá)50rad，這樣對化工安全生產(chǎn)及穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患，對工藝操作帶來一定的負(fù)面影響。隨著化工工藝對過程控制的要求的提高，并且化工裝置變頻器所處的環(huán)境一般較為復(fù)雜，因此對變頻器抗干擾能力的要求越來越高，處理好變頻器和其他設(shè)備的電磁兼容成為廣大化工行業(yè)電氣技術(shù)人員的一項(xiàng)重要工作。

2電磁干擾對變頻器調(diào)速系統(tǒng)的影響

電磁干擾是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的，通過電路傳導(dǎo)和以場的形式傳播。在生產(chǎn)現(xiàn)場，輻射電磁場主要來自電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、各種變流設(shè)備等產(chǎn)生的電磁場，其分布極為復(fù)雜。如果變頻器安裝在其磁場環(huán)境內(nèi)，就會(huì)受到輻射干擾。在變頻器的工作環(huán)境中不僅有很多高電壓、大電流的大型用電設(shè)備，還有眾多的380V、220V等交直流電源存在。各種動(dòng)力電纜以及交、直流電源的電纜與變頻器控制信號的電纜難以有效地全部分隔開。致使這些高電壓大電流設(shè)備在運(yùn)行中以及接通或斷開時(shí)，所產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場干擾已在變頻器輸入線上產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。均會(huì)對變頻器產(chǎn)生各種不同干擾。

3干擾信號的形成及分類

①干擾信號的形成。在控制系統(tǒng)某點(diǎn)發(fā)生不正常的電壓、電流急劇變化，也就是不基于50Hz的工頻變化的波形均可認(rèn)為是干擾信號或干擾源。

②干擾信號的分類。干擾信號的分類按照干擾信號產(chǎn)生的原因和干擾信號的模式及干擾信號的波形可分為以下幾種。按照干擾信號形成的原因分為放浪涌干擾信號、電干擾信號、高頻振蕩干擾信號等。按干擾信號的波形可分為持續(xù)干擾信號，偶發(fā)干擾信號等。按干擾信號模式不同可分為共模干擾和差模干擾兩種。

4化工裝置現(xiàn)場安裝的變頻器控制系統(tǒng)中主要電磁

干擾信號來源及分析

①靜電耦合干擾。變頻器的控制電纜與附近其他電氣設(shè)備的靜電容耦合，在其控制電纜中產(chǎn)生的電勢。

②靜電感應(yīng)干擾。變頻器附近其他電氣回路產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應(yīng)出的電勢。

③電源的諧波的干擾。當(dāng)前化工裝置的各種可以產(chǎn)生諧波的設(shè)備較多，本身電網(wǎng)亦有一定量的諧波。

④接地系統(tǒng)的干擾。正確良好的接地能夠有效的避免各種干擾信號及消除諧波。反而接地系統(tǒng)的不正常和接地的錯(cuò)誤會(huì)擴(kuò)大干擾信號的影響。處理好接地在很大程度上能夠解決好變頻調(diào)速系統(tǒng)的電磁干擾問題。

⑤變頻器自身內(nèi)部的干擾。由變頻器內(nèi)部各電力電子元件產(chǎn)生的電磁干擾，這種干擾只有通過選擇性能優(yōu)良且有實(shí)質(zhì)業(yè)績的品牌機(jī)型來解決。

5解決變頻調(diào)速系統(tǒng)抗電磁干擾措施

總結(jié)眾多變頻器抗干擾經(jīng)驗(yàn)可將措施分為以下幾種。

5.1抗電磁干擾的隔離措施

所謂的隔離技術(shù)就是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔開，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。從電磁學(xué)的理論和對眾多變頻器的學(xué)習(xí)總結(jié)歸納出以下幾點(diǎn)。

①將所有的信號線很好的絕緣，以防由于接觸引入的干擾。

②將不同種類的信號線按其產(chǎn)生的噪聲干擾能力分類隔離鋪設(shè)。

③對于模擬量信號，特別是低電平的模擬量輸入信號應(yīng)采用屏蔽雙絞線連接，并且這些信號線必須單獨(dú)采用電線管或電纜槽敷設(shè)，不可與其他信號在同一電纜管中走線。

④低電平的開關(guān)信號和數(shù)據(jù)通信線路對低頻的脈沖信號的抗干擾能力雖然比模擬量信號強(qiáng)，但也要采用屏蔽雙絞線，至少用雙絞線連接，這類信號也應(yīng)單獨(dú)走線，不可與其他線路一起平行走線。

⑤高電平的開關(guān)量信號和其他繼電器的輸入、輸出信號線應(yīng)采取雙絞線連接，且單獨(dú)布線，這種做法既可以阻止其他干擾源也可以消除自身對低電平開關(guān)信號的干擾。

⑥變頻調(diào)速系統(tǒng)的供電電源應(yīng)采用隔離變壓器供電，主要目的在于避免傳導(dǎo)干擾。這點(diǎn)在目前的變頻調(diào)速器系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。

⑦為大幅減小共模干擾，可采用隔離放大器將外部信號輸入端子與變頻器信號輸入端在電氣上進(jìn)行完全隔離。

5.2抗電磁干擾屏蔽措施

所謂的屏蔽技術(shù)就是指用金屬導(dǎo)體，把被屏蔽的元件、組合件和信號線包圍起來，屏蔽主要有電氣屏蔽和磁屏蔽兩種。屏蔽技術(shù)的關(guān)鍵在于正確的使用屏蔽線，對于屏蔽線、雙絞線的使用及屏蔽層的接地在工程實(shí)際中以成熟應(yīng)用，在此不過多敘述。

①電氣屏蔽。電氣屏蔽主要是屏蔽電場耦合干擾，應(yīng)當(dāng)采用雙絞線，并且導(dǎo)線的屏蔽層最好不要兩端連接當(dāng)?shù)鼐€使用，應(yīng)將屏蔽層單點(diǎn)接地，防止地環(huán)電流在屏蔽層形成磁場。②磁屏蔽。磁屏蔽主要是屏蔽磁場耦合干擾，但實(shí)際應(yīng)用中很難做到用導(dǎo)磁材料將磁場環(huán)境屏蔽起來，通常有效抑制磁場耦合干擾的做法是遠(yuǎn)離磁場源，同時(shí)避免平行走線。

5.3抗電磁干擾接地措施

所謂的抗干擾接地技術(shù)是指避開地環(huán)電流的干擾，降低公共地線阻抗的耦合干擾。正確的接地不僅可以抑制電磁干擾對設(shè)備和控制系統(tǒng)本身的影響，又可抑制其產(chǎn)生干擾信號。

在大地電位變化較大的場所，系統(tǒng)將受到共模干擾，且容易變?yōu)椴钅８蓴_?？刂葡到y(tǒng)的接地方式一般要采取獨(dú)立接地方式，接地時(shí)一般要做到以下幾點(diǎn)：接地線的截面積應(yīng)盡量大;接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近變頻器，接地點(diǎn)與變頻器之間的距離不大于50m;接地線因盡量避開動(dòng)力線，不能避開時(shí)應(yīng)垂直相交，應(yīng)盡量縮短平行走線長度;接地電阻應(yīng)小于1Ω。

6結(jié)語

綜上所述，變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾措施要從多方面考慮，對于新建化工裝置要多從設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、現(xiàn)場的安裝施工過程進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃和配置，對于改造項(xiàng)目要著重分析變頻器安裝地點(diǎn)的電磁環(huán)境，綜合考慮多種解決措施，特別重點(diǎn)考慮接地系統(tǒng)是否良好，接地電阻是否符合要求，接地點(diǎn)的選擇和安裝是否正確。只有在綜合考慮多方面的因素后才能很好的從根本上解決變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾問題。