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?；S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(chǎng)，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(duì)各種變頻器的使用及維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)要分析變頻器的各主要干擾源和干擾信號(hào)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(hào)為4～20mA模擬量，輸出控制信號(hào)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(duì)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(duì)化工安全生產(chǎn)及穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患，對(duì)工藝操作帶來一定的負(fù)面影響。隨著化工工藝對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)在接收中所造成的，通過電路傳導(dǎo)和以場(chǎng)的形式傳播。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，輻射電磁場(chǎng)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(chǎng)，其分布極為復(fù)雜。如果變頻器安裝在其磁場(chǎng)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(hào)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(chǎng)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(duì)變頻器產(chǎn)生各種不同干擾。

3干擾信號(hào)的形成及分類

①干擾信號(hào)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(hào)或干擾源。

②干擾信號(hào)的分類。干擾信號(hào)的分類按照干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因和干擾信號(hào)的模式及干擾信號(hào)的波形可分為以下幾種。按照干擾信號(hào)形成的原因分為放浪涌干擾信號(hào)、電干擾信號(hào)、高頻振蕩干擾信號(hào)等。按干擾信號(hào)的波形可分為持續(xù)干擾信號(hào)，偶發(fā)干擾信號(hào)等。按干擾信號(hào)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(chǎng)安裝的變頻器控制系統(tǒng)中主要電磁

干擾信號(hào)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(shì)。

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(shì)。

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(hào)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(hào)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(jī)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(duì)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(hào)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(hào)線按其產(chǎn)生的噪聲干擾能力分類隔離鋪設(shè)。

③對(duì)于模擬量信號(hào)，特別是低電平的模擬量輸入信號(hào)應(yīng)采用屏蔽雙絞線連接，并且這些信號(hào)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(hào)在同一電纜管中走線。

④低電平的開關(guān)信號(hào)和數(shù)據(jù)通信線路對(duì)低頻的脈沖信號(hào)的抗干擾能力雖然比模擬量信號(hào)強(qiáng)，但也要采用屏蔽雙絞線，至少用雙絞線連接，這類信號(hào)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(hào)和其他繼電器的輸入、輸出信號(hào)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(duì)低電平開關(guān)信號(hào)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(hào)輸入端子與變頻器信號(hào)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(hào)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)。②磁屏蔽。磁屏蔽主要是屏蔽磁場(chǎng)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(chǎng)環(huán)境屏蔽起來，通常有效抑制磁場(chǎng)耦合干擾的做法是遠(yuǎn)離磁場(chǎng)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(duì)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(hào)。

在大地電位變化較大的場(chǎng)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(zhǎng)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(duì)于新建化工裝置要多從設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、現(xiàn)場(chǎng)的安裝施工過程進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃和配置，對(duì)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。