變頻調速系統抗電磁干擾及解決措施分析

隨著科學技術的發展，變頻器在化工生產中的應用越來越多，變頻調速系統的可靠性和準確性已經開始影響化工安全生產和經濟運行。其控制系統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立的控制室中，亦有分散在各負荷現場，但共同之處是均處在強電和一些弱電形成的較為復雜的電磁環境中，有的還要承受外界各種通訊設備發出的電磁波干擾。文章基于陜西渭化多年來對各種變頻器的使用及維護的經驗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速系統抗干擾措施。

1問題的提出

渭化二期兩臺液氧泵采用變頻驅動，選用的變頻器為ABB原裝進口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)，在運行中發現兩臺變頻器不同程度的出現控制系統紊亂情況，甚至在變頻器附近使用手機或其他通訊設備會對變頻器運行產生一定的擾動，致使變頻器輸出轉速變化幅度多達50rad，這樣對化工安全生產及穩定運行埋下隱患，對工藝操作帶來一定的負面影響。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境一般較為復雜，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備的電磁兼容成為廣大化工行業電氣技術人員的一項重要工作。

2電磁干擾對變頻器調速系統的影響

電磁干擾是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的，通過電路傳導和以場的形式傳播。在生產現場，輻射電磁場主要來自電力網絡、電氣設備的暫態過程、各種變流設備等產生的電磁場，其分布極為復雜。如果變頻器安裝在其磁場環境內，就會受到輻射干擾。在變頻器的工作環境中不僅有很多高電壓、大電流的大型用電設備，還有眾多的380V、220V等交直流電源存在。各種動力電纜以及交、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備在運行中以及接通或斷開時，所產生的強電磁場干擾已在變頻器輸入線上產生很強的感應電壓和感應電流。均會對變頻器產生各種不同干擾。

3干擾信號的形成及分類

①干擾信號的形成。在控制系統某點發生不正常的電壓、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干擾信號，偶發干擾信號等。按干擾信號模式不同可分為共模干擾和差模干擾兩種。

4化工裝置現場安裝的變頻器控制系統中主要電磁

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備的靜電容耦合，在其控制電纜中產生的電勢。

②靜電感應干擾。變頻器附近其他電氣回路產生的磁通變化在電纜中感應出的電勢。

③電源的諧波的干擾。當前化工裝置的各種可以產生諧波的設備較多，本身電網亦有一定量的諧波。

④接地系統的干擾。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。反而接地系統的不正常和接地的錯誤會擴大干擾信號的影響。處理好接地在很大程度上能夠解決好變頻調速系統的電磁干擾問題。

⑤變頻器自身內部的干擾。由變頻器內部各電力電子元件產生的電磁干擾，這種干擾只有通過選擇性能優良且有實質業績的品牌機型來解決。

5解決變頻調速系統抗電磁干擾措施

總結眾多變頻器抗干擾經驗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，使它們不發生電的聯系。從電磁學的理論和對眾多變頻器的學習總結歸納出以下幾點。

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生的噪聲干擾能力分類隔離鋪設。

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

④低電平的開關信號和數據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，但也要采用屏蔽雙絞線，至少用雙絞線連接，這類信號也應單獨走線，不可與其他線路一起平行走線。

⑤高電平的開關量信號和其他繼電器的輸入、輸出信號線應采取雙絞線連接，且單獨布線，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信號的干擾。

⑥變頻調速系統的供電電源應采用隔離變壓器供電，主要目的在于避免傳導干擾。這點在目前的變頻調速器系統中應用很廣泛。

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行完全隔離。

5.2抗電磁干擾屏蔽措施

所謂的屏蔽技術就是指用金屬導體，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。屏蔽技術的關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際中以成熟應用，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，應當采用雙絞線，并且導線的屏蔽層最好不要兩端連接當地線使用，應將屏蔽層單點接地，防止地環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，但實際應用中很難做到用導磁材料將磁場環境屏蔽起來，通常有效抑制磁場耦合干擾的做法是遠離磁場源，同時避免平行走線。

5.3抗電磁干擾接地措施

所謂的抗干擾接地技術是指避開地環電流的干擾，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備和控制系統本身的影響，又可抑制其產生干擾信號。

在大地電位變化較大的場所，系統將受到共模干擾，且容易變為差模干擾。控制系統的接地方式一般要采取獨立接地方式，接地時一般要做到以下幾點：接地線的截面積應盡量大;接地點應盡量靠近變頻器，接地點與變頻器之間的距離不大于50m;接地線因盡量避開動力線，不能避開時應垂直相交，應盡量縮短平行走線長度;接地電阻應小于1Ω。

6結語

綜上所述，變頻調速系統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計、設備選型、現場的安裝施工過程進行科學合理的規劃和配置，對于改造項目要著重分析變頻器安裝地點的電磁環境，綜合考慮多種解決措施，特別重點考慮接地系統是否良好，接地電阻是否符合要求，接地點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速系統的抗干擾問題。