1、引言
變頻器的應(yīng)用日益普及，為各行業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化控制提供了良好的生產(chǎn)及工藝效益。但隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，自動(dòng)化設(shè)備對(duì)電源污染的程度也越來(lái)越深，相應(yīng)的對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的干擾也越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)電源濾波、凈化，取得相對(duì)穩(wěn)定的綠色電源的要求也越來(lái)越高。
國(guó)際上對(duì)電磁兼容（EMC或EMI）的設(shè)計(jì)及應(yīng)用已有比較明確的法律及法規(guī)，對(duì)電子設(shè)備的干擾及被干擾、電源的諧波含量都有明確的規(guī)定。由于我國(guó)電子設(shè)備的自動(dòng)化發(fā)展相對(duì)較慢，對(duì)其諧波含量對(duì)電網(wǎng)的污染還沒(méi)有一定的認(rèn)識(shí)，因此這一方面的認(rèn)知還沒(méi)有發(fā)展到法律化的程度。但是，在一些工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度相對(duì)較高的場(chǎng)合，電磁兼容的意義已相對(duì)明顯，有些電子設(shè)備對(duì)電磁干擾非常的敏感，以至于無(wú)法正常工作。
2、洗煤廠集中控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
為提高產(chǎn)量及生產(chǎn)效率，洗煤廠選用了集中控制系統(tǒng)，由工控機(jī)通過(guò)PLC控制電機(jī)起停，工控機(jī)到PLC到變頻器為4～20mA電流信號(hào)，主要4臺(tái)泵由變頻器控制（工藝要求），有2臺(tái)355KW變頻器和2臺(tái)132KW變頻器。設(shè)備調(diào)試時(shí)出現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，包括4臺(tái)變頻器控制的4臺(tái)電機(jī)，原因?yàn)镻LC誤動(dòng)作；監(jiān)視系統(tǒng)屏幕有花點(diǎn)，顯示圖象抖動(dòng)較大。經(jīng)檢測(cè)變頻器諧波電流超標(biāo)較嚴(yán)重，PLC誤動(dòng)作分析為變頻器傳導(dǎo)干擾所至，監(jiān)視系統(tǒng)為輻射干擾所至。要解決電磁干擾問(wèn)題首先要考慮電磁兼容三要素。
3、電磁兼容問(wèn)題三要素
3.1 電磁騷擾源：任何形式的自然或電能裝置所發(fā)射的電磁能量，能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，或使其它設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級(jí)或失效，即稱為電磁騷擾源。
3.2 耦合途徑：即傳輸騷擾的通路或媒介。
3.3 敏感設(shè)備（Victim）：是指當(dāng)受到電磁騷擾源所發(fā)出的電磁能量的作用時(shí)，會(huì)受到傷害的人或其它生物，以及會(huì)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級(jí)或失效的器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。許多器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)既是電磁騷擾源又是敏感設(shè)備。
系統(tǒng)要發(fā)生電磁兼容性問(wèn)題，必須存在三個(gè)因素，即電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。所以，在遇到電磁兼容問(wèn)題時(shí)，要從這三個(gè)因素入手，對(duì)癥下藥，消除其中某一個(gè)因素，就能解決電磁兼容問(wèn)題。
4、電磁干擾問(wèn)題分析及解決方法
4.1 變頻器產(chǎn)生干擾的原因
圖1 變頻器主電路圖
變頻器主電路一般是交流—直流—交流模式，見(jiàn)圖1。外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號(hào)，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，對(duì)于GTR大功率逆變?cè)?，其PWM的載波頻率為2～3kHz， 而IGBT大功率逆變?cè)腜WM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接干擾。另外高次諧波電流還通過(guò)電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。
4.2 洗煤廠用變頻器（其中某一套）干擾的主要傳播途徑
變頻器工作時(shí)，作為一個(gè)強(qiáng)大的干擾源，其干擾途徑一般分為輻射、傳導(dǎo)、電磁耦合、二次輻射和邊傳導(dǎo)邊輻射等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)線路鋪設(shè)分析主要途徑如圖2所示;
圖2 變頻器干擾的主要傳播途徑
從圖2可以看出，變頻器產(chǎn)生的輻射干擾對(duì)周圍的設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲，使得銅損、鐵損大幅增加，同時(shí)傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對(duì)電源輸入端所連接的PLC和工控機(jī)有很大的影響。
4.3 解決方法
將變頻器的電源輸入線、輸出線與其它線纜分開走線，將變頻器的地線從配電室拆除另接到新做的地上，在PLC電源輸入加裝有源濾波器抑制來(lái)自電網(wǎng)的諧波及高頻干擾，觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，偶爾還會(huì)出現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象；分析可能是沒(méi)有將干擾徹底濾除，在其中1臺(tái)（同PLC同一變壓器的變頻器）變頻器的輸入、輸出加裝變頻器專用濾波器，在PLC電源輸入加裝吸收磁環(huán)和差模電感，開機(jī)空載試運(yùn)行正常，為避免加載后干擾的增強(qiáng)，在其它3臺(tái)變頻器的輸入、輸出 加裝變頻器專用濾波器和濾波磁環(huán)。在所有攝像頭電源上加裝電源濾波器，在所有射像頭視頻信號(hào)線和視頻采集器信號(hào)上加裝吸收磁環(huán)，在監(jiān)控中心總電源輸入加裝超級(jí)隔離變壓器和高性能電源濾波器來(lái)預(yù)防直接的傳導(dǎo)干擾。采用以上措施后，洗煤廠設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)（加載狀態(tài)下），監(jiān)視系統(tǒng)顯示基本正常。
5、結(jié)束語(yǔ)
自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如何使各單元設(shè)備正常工作互不干擾，除增強(qiáng)設(shè)備抗干擾能力外，線路鋪設(shè)、接地也很關(guān)鍵。