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1、PLC控制系统及变频器应用的抗干扰问题一、随着科学技术的发展，PIC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力，另一方面要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。1、 电磁干扰源及对系统的干扰干扰类型通常按干扰产生的原因
2、、噪声干扰和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等。按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等。按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共摸干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成，共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输送的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/0模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可
3、为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。安装隔离变压器能解决上述问题。2、 来自电源的干扰实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，若更换隔离性能更高PLC电源，问题可能得到解决。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化、开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，
4、但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想，实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。3、 来自信号线引入的干扰与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视，二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/0信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造
5、成I/0模件损坏数，由此引起系统故障的情况也较多。4、 主要抗干扰措施（1）、采用性能优良的电源，抑制电网引如的干扰。在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位，电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU电源、I/0电源等）、变送器供电电源和PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没有受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是采用的隔离器变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于
6、变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。（2）、电缆选择的敖设，不同类型的信号分别有不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。（3）、硬件滤波及软件抗干扰措施：信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰，在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。由于电磁干扰的复杂性，要根本消除干扰影响是不可能的，因此PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数
7、字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰，定时效正参考电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移，采用信息技术，设计相应的软件标志位，采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。（4）、正确选择地点完善接地系统，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHZ，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置PLC系统适于并联一点接地方式，单个装置的柜体的中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线遂个连接装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极，接地极采用
8、截面大于22MM2的铜导线 二、在使用变频器的几个问题处理上1、 变频器的散热问题变频器的故障率随温度的升高而成指数上升，使用寿命随温度升高而成指数下降，环境温度升高10，变频器使用寿命减半。正确地使用变频器，必须认真地考虑散热问题。 2、 变频器产生的干扰及危害变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量，高次谐波还会引起电动机定子铜耗、铁耗的增加。变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的辐射干扰，影响周边电器的正常工作。从国外有关谐波的标准来看，单次电压的畸变率在3%
9、6%，总电压的畸变率在5%8%的范围内是可以接受的。3、 针对以上问题采取的措施（1）、降低变频器周围环境温度的方法变频器通常安装在控制柜中，如果带有电抗器或制动电阻，最好和变频器隔离开，如安装在变频器的上方或侧上方比较好（2）、在控制柜出风安装冷却风扇4、减少或削弱变频器谐波及电磁辐射干扰的方法为了减少变频器谐波对其它设备的影响，可以在变频器的输入输出中采用交流/直流电抗器，多相脉冲整流器和滤波器等措施降低进线中的THDV，同时在用电设备系统中常用的方法通常有以下几种。1、 使用隔离变压器使用具有隔离层的隔离变压器，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离器之前，同时还可以兼有电源电压变换的作用，
10、隔离变压器常用于控制系统中的仪表，PLC以及其他低压小功率用电设备的抗干扰。2、 使用滤波模块或组件目前市场上有很多专门用于抗干扰的滤波模快或组件，这些滤波器具有较强的抗干扰能力，同时还防止用电器本身的抗干扰传给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。变频调速系统抗干扰措施作业指导书北京迪安帝科贸有限公司 曲冬辉摘要：本文介绍了对控制系统影响最大的变频器线路传导噪声的产生原因和应对措施，提出了一种实用的变频控制系统的抗干扰解决方案。关键词：变频器噪声 抗干扰 滤波器一 引言随着变频器市场的日益繁荣，变频器对PLC控制系统及现场仪表的干扰问题也日益突出。为了解决变频器干扰问题
11、，我公司根据变频器产生干扰的机理，和多年变频器的工程实践，研制开发了变频器高频噪声滤波器，结合规范的现场接线，可基本解决变频器干扰现场仪表、控制器的问题。二 变频器噪声的产生原因变频器造成的干扰有辐射噪声、静电噪声和线路传导噪声。实践表明，对现场仪表和PLC干扰最大的是线路传导噪声。ZEZN变频器M3CpCpUIsIswIsm图1 变频器线路传导噪声产生示意图ttUIs图2 变频器输出电压U和噪声电流Is的波形图线路传导噪声的产生机理如图1所示：寄生电容Cp存在于电机电缆和电机内部，因此变频器的PWM输出电压波形通过寄生电容产生一个高频脉冲噪声电流Is，使变频器成为一个噪声源。由于噪声电流Is
12、 的源是变频器，因此它一定要流回变频器。图中ZE 为大地阻抗，ZN 为动力电缆与地之间的阻抗。如果变频器和电机只使用3根电机电缆连接，则高频噪声电流Is 以一个不确定的路线流回变频器，并在此回路中产生高频分量压降，影响其它设备。由以上分析可知，如果给高频噪声电流一个确定的通道，使其不流向其他设备，则可以解决变频器的线路传导噪声干扰问题。三 线路传导噪声的干扰抑制方法1如图3所示，对EMC没有严格要求的工控现场，可以将电机外壳和变频器外壳用导线连接，然后接地，这样，即完成了电机的保护接地，又使电机产生的高频噪声电流Ism 能沿保护接地线流到变频器外壳，然后在变频器的输入端安装高频噪声滤波器（如我
13、公司xx系列滤波器），高频滤波器的外壳也接地。这样高频噪声电流Ism就能沿着保护接地线和高频噪声滤波器顺利的流回变频器内部，流入其他控制系统的噪声电流就会大大减少。ZEM3CpZN变频器UIs进线电抗器高频噪声滤波器控制柜电机动力线使用4芯电缆其中一根接地图3 EMC要求不严格的噪声对策示意图2如图4所示，在要求EMC严格的场合，为使电缆产生的高频噪声电流Isw 也能沿确定路线流回变频器，需要采用屏蔽电机电缆。电缆屏蔽层必须连接到变频器外壳和电机外壳上，而且必须在变频器的输入端安装高频噪声滤波器（如我公司xx系列滤波器）。这样高频噪声电流Is就会沿着电机电缆屏蔽层流回变频器，流入其他控制系统的
14、噪声电流就会大大减少。ZE电机动力线使用3芯屏蔽电缆，屏蔽层连在电机和变频器外壳其中一根接地M3CpZN变频器Is进线电抗器高频噪声滤波器控制柜图4 EMC要求严格的噪声对策示意图四 变频控制系统的抗干扰解决方案1采用第二节中所述方法，减少变频器的线路传导噪声；2传感器线和I/O接口线与动力电缆间至少间距10cm。3系统中传感器、I/O接口应采用屏蔽线，对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连。4给仪表和PLC系统的输入电源加装EMI滤波器，成本低。可以有效抑制传导干扰。5对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。不要将控制线接地不要将仪表外壳直接
15、接地电机动力线使用4芯电缆其中一根接地M3Cp控制电源EMI滤波器仪表或PLC变频器UIs进线电抗器高频噪声滤波器控制柜传感器控制电源动力电源变频器机身、动力线与传感器回路间距最小为10cm屏蔽层接在不接地的信号公共端上（信号电源的0V）图5 变频控制系统抗干扰对策示意图五 结束语本文从变频器实际应用系统中出现的问题出发，有针对性地提出了变频干扰现场仪表和PLC系统的解决问题的方法及改进的建议，对于变频器在实际工程中的应用有一定的参考价值。变频器应用中的抗干扰措施来源：输配电设备网时间：2007-11-28字体： 大 中 小 投稿变频调速是近代电气工程中发展最快的一种电动机调速方式，其转速方程
16、式为n=60f(1-s)/p，只要改变f，就可实现n的变化而达到无极调速的目的。其中： f：电源频率； p：电机极对数； s：电机转差率； n：电机转速。 变频器正是这种调速方式的执行者，变频器的优良性能使其在工业中得到越来越广泛的应用。但是，在工业现场享受它的便捷的同时，它也对其他设备、检测元件和控制器件产生干扰，这种干扰是不可避免的。因为变频器的输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，它们都是由起开关作用的非线性元件组成的，而在开断电路的过程中，都要产生高次谐波，从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。 使用容量较小的变频器，高次谐波的影响较小。但当使用的变频器的容量较大或数量
17、较多时，产生的由高次谐波电流引起的高次谐波干扰就必须加以处理，否则将对其它设备和检测元件产生干扰，严重时可能使这些设备误动作。根据英国的ACE报告，各种对象对高次谐波的敏感程度如下： 电 动 机：在1020以下无影响； 仪 表：电压畸变10，电流畸变10，误差在1以下； 电子开关：超过10会产生误动作； 计 算 机：超过5会出错。 查阅大量资料和现场检测分析得知，只要有变频器的存在，干扰就无处不在，干扰主要表现在两个方面：对PLC设备开关量信号的影响和对现场仪器仪表的影响。在集控开车的情况下，变频器一开，就会导致开关量信号频闪，当然这种闪烁，用肉眼是观测不到的，它需要用PLC编程来对这些开关量
18、信号进行监测，以获知它们闪烁的频率、次数。对仪表的影响表现在仪表显示紊乱，严重的不能显示，甚至对供电电源的影响导致烧坏仪表电源。这种干扰在梁宝寺选煤厂中表现的尤为突出：洗煤厂集控系统一启车就会出现大部分设备自停；液位、料位显示紊乱；皮带秤显示时有时无；工业监视器出现雪花、图像抖动较大、个别不显示；系统无法运行。 发现问题、解决问题，鉴于以上情况，在工业现场中，必须采取适当措施降低干扰，把干扰抑制在允许的范围内。抗干扰的基本原则有两个： （1）切断干扰的传播途径 a.通过共用的接地线传播干扰是干扰传播的最普遍的方式。将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法，即将动力装置的接地端子
19、和控制装置的接地端子分别接到不同的接地极上。接地极分开打，做独立接地装置。这是梁宝寺矿选煤厂消除干扰采取的措施之一。 b.信号线靠近有干扰源电流的导线时，干扰会被诱导到信号线上，使信号线上的信号受到干扰，布线分离对消除这种干扰行之有效。实际工程中把高压电缆、动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开走线，分走不同的桥架就是这个原因，即使是变频器的控制线也最好与其主回路线以垂直的方式走线。梁宝寺选煤厂初期干扰严重，就是因为通讯电缆与变频器的动力电缆在一起敷设造成的，后来把通讯电缆重新敷设，与动力电缆分开，干扰减轻。消除干扰对仪表的影响，除了注意上述电缆敷设的方式外，我们还采取了对仪表信号电
20、缆全线穿钢管的措施，以更好地消除高次谐波对电缆的影响。 c.动力电缆应采用：交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套铜丝缠绕铜带绕包的双重屏蔽电缆，即BPYJVP1-2系列电缆。 （2）抑制干扰源上的高次谐波 抑制高次谐波的方法很多，各有优缺点。 a.在变频器前侧安装线路电抗器，可抑制电源侧过电压，并能降低由变频器产生的电流畸变，避免使主电源受到严重干扰。该方案价格便宜，但限制谐波的效率有限，且电抗太大时会产生无法接受的电压降损失。 b.在变频器前加装LC电路无源滤波器，滤掉高次谐波。滤波器包括很多级，每一级滤掉相应的高次谐波。通常滤掉5次和7次谐波，但该方法完全取决于电源和负载，灵活性小。 来源:输配电设备
21、网 c.加装与负载和电源并联的有源补偿器，通过自动产生反方向的滤波电流来消除电源和负载中的正向谐波电流。 d.当设备的附近环境受到电磁干扰时，应装设抗射频干扰滤波器，可减少主电源的传导发射，且要采取措施屏蔽电机电缆。 e.当电机电缆长度大于50m或80m(非屏蔽)时，为了防止电机启动时的瞬时过电压，减少电机对地的泄漏电流和噪声，保护电动机，在变频器与电机之间安装电抗器。 来源:来源:输配电设备网如上图所示，F1A/F1B：2单元抗射频干扰滤波器；IL：线路电抗器；IM电机电抗器。 对（1）如果环境对辐射干扰敏感的话，应对电机电力电缆屏蔽，在变频器处，采用不锈钢卡环使屏蔽层与安装板连接而接地，以
22、限制射频干扰，也可把电缆穿在金属管路之中。 对（2）导电安装板（不锈钢）应与动力电缆的屏蔽层相连结，确保滤波器、变频器和屏蔽层之间接地等电位。 采用上述措施后，高频的辐射电流被限制在本系统内部，向外的辐射大大减弱，离系统2m的范围内干扰比较明显，而2m以外则很快减弱。由此可见，采用的抗干扰措施的效果非常明显，从而可以忽略其对周围其它设备的干扰。变频器在工程应用中需要注意的几个问题2004-09-17拓创自动化 关键词 变频器 工程 电机 电源 1 引言随着通用变频器市场的日益繁荣，不包括OEM进口变频器，中国通用变频器年用量超过25亿元人民币，变频器及其附属设备的安装、调试、日常维护及维修工作
23、量剧增，给用户造成重大直接和间接损失。本文就针对造成以上问题的原因，根据大量用户的实际应用情况，从应用环境、电磁干扰与抗干扰、电网质量、电机绝缘等方面进行了分析，提出了一些改进的建议。2 工作环境问题在变频器实际应用中，由于国内客户除少数有专用机房外，大多为了降低成本，将变频器直接安装于工业现场。工作现场一般是灰尘大、温度高，在南方还有湿度大的问题。对于线缆行业还有金属粉尘，在陶瓷、印染等行业还有腐蚀性气体和粉尘，在煤矿等场合，还有防爆的要求等等。因此必须根据现场情况做出相应的对策。2.1 变频器的安装设计基本要求(1) 变频器应该安装在控制柜内部。(2) 变频器最好安装在控制柜内的中部;变频
24、器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大元件。(3) 变频器上、下部边缘距离控制柜顶部、底部、或者隔板、或者必须安装的大元件等的最小间距，应该大于300mm。柜内安装变频器的基本要求(4) 如果特殊用户在使用中需要取掉键盘，则变频器面板的键盘孔，一定要用胶带严格密封或者采用假面板替换，防止粉尘大量进入变频器内部。(5) 对变频器要进行定期维护，及时清理内部的粉尘等。(6) 其它的基本安装、使用要求必须遵守用户手册上的有关说明;如有疑问请及时联系相应厂家技术支持人员。2.2 防尘控制柜的设计要求在多粉尘场所，特别是多金属粉尘、絮状物的场所使用变频器时，采取正确、合理的防护措施
25、是十分必要的，防尘措施得当对保证变频器正常工作非常重要。总体要求控制柜整体应该密封，应该通过专门设计的进风口、出风口进行通风;控制柜顶部应该有防护网和防护顶盖出风口;控制柜底部应该有底板和进风口、进线孔，并且安装防尘网。(1) 控制柜的风道要设计合理，排风通畅，避免在柜内形成涡流，在固定的位置形成灰尘堆积。(2) 控制柜顶部出风口上面要安装防护顶盖，防止杂物直接落入；防护顶盖高度要合理，不影响排风。防护顶盖的侧面出风口要安装防护网，防止絮状杂物直接落入。(3) 如果采用控制柜顶部侧面排风方式，出风口必须安装防护网。(4) 一定要确保控制柜顶部的轴流风机旋转方向正确，向外抽风。如果风机安装在控制
26、柜顶部的外部，必须确保防护顶盖与风机之间有足够的高度；如果风机安装在控制柜顶部的内部，安装所需螺钉必须采用止逆弹件，防止风机脱落造成柜内元件和设备的损坏。建议在风机和柜体之间加装塑料或者橡胶减振垫圈，可以大大减小风机震动造成的噪音。(5) 控制柜的前、后门和其他接缝处，要采用密封垫片或者密封胶进行一定的密封处理，防止粉尘进入。(6) 控制柜底部、侧板的所有进风口、进线孔，一定要安装防尘网。阻隔絮状杂物进入。防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清理、维护。防尘网的网格要小，能够有效阻挡细小絮状物(与一般家用防蚊蝇纱窗的网格相仿);或者根据具体情况确定合适的网格尺寸。防尘网四周与控制柜的结合处要处理严
27、密。(7) 对控制柜一定要进行定期维护，及时清理内部、外部的粉尘、絮毛等杂物。维护周期可根据具体情况而定，但应该小于23个月;对于粉尘严重的场所，建议维护周期在1个月左右。防尘控制柜的安装要求2.3 防潮湿霉变的控制柜的设计要求多数变频器厂家内部的印制板、金属结构件均未进行防潮湿霉变的特殊处理，如果变频器长期处于这种状态，金属结构件容易产生锈蚀，对于导电铜排在高温运行情况下，更加剧了锈蚀的过程。对于微机控制板和驱动电源板上的细小铜质导线，由于锈蚀将造成损坏，因此，对于应用于潮湿和和含有腐蚀性气体的场合，必须对于使用变频器的内部设计有基本要求，例如印刷电路板必须采用三防漆喷涂处理，对于结构件必须
28、采用镀镍铬等处理工艺。除此之外，还需要采取其它积极、有效、合理的防潮湿、防腐蚀气体的措施。(1) 控制柜可以安装在单独的、密闭的采用空调的机房，此方法适用控制设备较多，建立机房的成本低于柜体单独密闭处理的场合，此时控制柜可以采用如上防尘或者一般环境设计即可。(2) 采用独立进风口。单独的进风口可以设在控制柜的底部，通过独立密闭地沟与外部干净环境连接，此方法需要在进风口处安装一个防尘网，如果地沟超过5m以上时，可以考虑加装鼓风机。(3) 密闭控制柜内可以加装吸湿的干燥剂或者吸附毒性气体的活性材料，并近期更换。3 干扰问题3.1 变频器对微机控制板的干扰在注塑机、电梯等的控制系统中，多采用微机或者
29、PLC进行控制，在系统设计或者改造过程中，一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。由于用户自己设计的微机控制板一般工艺水平差，不符合EMC国际标准，在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制系统工作异常，因此需要采取必要措施。(1) 良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地，微机控制板的屏蔽地，最好单独接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连3。(2) 给微机控制板输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等，成本低。可以有效抑制传导干扰。另外在辐射干扰严重的场合，如周围存在GSM、或者小灵通机站时，可以对微机控制板添加
30、金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。微机控制板的电源抗干扰措施(3) 给变频器输入加装EMI滤波器，可以有效抑制变频器对电网的传导干扰，加装输入交流和直流电抗器L1、L2，可以提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。在某些电机与变频器之间距离超过100m的场合，需要在变频器侧添加交流输出电抗器L3，解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。一个行之有效的方法就是采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，并将钢管外壳或者电缆屏蔽层与大地可靠连接。请注意，在不添加交流输出电抗器L3时，如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，增大了输出对地的分布电容，容易出现过流。当然在实际中一般只采取其中的一
31、种或者几种方法。减小变频器对外部控制设备的干扰措施(4) 对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1M，跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果非要用模拟量控制时，建议一定采用屏蔽电缆，并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用V/F转换，光藕隔离再采用频率设定输入的方法。3.2 变频器本身抗干扰问题当变频器的供电系统附近，存在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源或者
32、采用滑环供电的场合，变频器本身容易因为干扰而出现保护。建议用户采用如下措施：(1) 在变频器输入侧添加电感和电容，构成LC滤波网络。(2) 变频器的电源线直接从变压器侧供电。(3) 在条件许可的情况下，可以采用单独的变压器。(4) 在采用外部开关量控制端子控制时，连接线路较长时，建议采用屏蔽电缆。当控制线路与主回路电源均在地沟中埋设时，除控制线必须采用屏蔽电缆外，主电路线路必须采用钢管屏蔽穿线，减小彼此干扰，防止变频器的误动作。(5) 在采用外部模拟量控制端子控制时，如果连接线路在1M以内，采用屏蔽电缆连接，并实施变频器侧一点接地即可;如果线路较长，现场干扰严重的场合，建议在变频器侧加装DC/
33、DC隔离模块或者采用经过V/F转换，采用频率指令给定模式进行控制。(6) 在采用外部通信控制端子控制时，建议采用屏蔽双绞线，并将变频器侧的屏蔽层接地(PE)，如果干扰非常严重，建议将屏蔽层接控制电源地(GND)。对于RS232通信方式，注意控制线路尽量不要超过15m，如果要加长，必须随之降低通信波特率，在100m左右时，能够正常通信的波特率小于600bps。对于RS485通信，还必须考虑终端匹配电阻等。对于采用现场总线的高速控制系统，通信电缆必须采用专用电缆，并采用多点接地的方式，才能够提高可靠性。4 电网质量问题在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合，电压经常出现闪变;在一个车间中
34、，有几百台变频器等容性整流负载在工作时，电网的谐波非常大，对于电网质量有很严重的污染，对设备本身也有相当的破坏作用，轻则不能够连续正常运行，重则造成设备输入回路的损坏。可以采取以下的措施：集中整流的直流共母线供电方式(1) 在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合建议用户增加无功静补装置，提高电网功率因数和质量。(2) 在变频器比较集中的车间，建议采用集中整流，直流共母线供电方式。建议用户采用12脉冲整流模式。优点是，谐波小、节能，特别适用于频繁起制动、电动运行与发电运行同时进行的场合。 (3) 变频器输入侧加装无源LC滤波器，减小输入谐波，提高功率因数，成本较低，可靠性高，效果好。(
35、4) 变频器输入侧加装有源PFC装置，效果最好，但成本较高。5 电机的漏电、轴电压与轴承电流问题变频器驱动感应电机的电机模型，Csf为定子与机壳之间的等效电容，Csr为定子与转子之间的等效电容，Crf为转子与机壳之间的等效电容，Rb为轴承对轴的电阻;Cb和Zb为轴承油膜的电容和非线性阻抗。高频PWM脉冲输入下，电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路，从而引起对地漏电流、轴电压与轴承电流问题。变频器驱动感应电机的电机模型漏电流主要是PWM三相供电电压极其瞬时不平衡电压与大地之间通过Csf产生。其大小与PWM的dv/dt大小与开关频率大小有关，其直接结果将导致带有漏电保护装置动作。另外，对于
36、旧式电机，由于其绝缘材料差，又经过长期运行老化，有些在经过变频改造后造成绝缘损坏。因此，建议在改造前，必须进行绝缘的测试。对于新的变频电机的绝缘，要求要比标准电机高出一个等级。轴承电流主要以三种方式存在：dv/dt电流、EDM(Electric Discharge Machining)电流和环路电流。轴电压的大小不仅与电机内各部分耦合电容参数有关，且与脉冲电压上升时间和幅值有关。dv/dt电流主要与PWM的上升时间tr有关，tr越小，dv/dt电流的幅值越大;逆变器载波频率越高，轴承电流中的dv/dt电流成分越多。EDM电流出现存在一定的偶然性，只有当轴承润滑油层被击穿或者轴承内部发生接触时，
37、存储在电子转子对地电容Crf上的电荷(1/2 CrfUrf)通过轴承等效回路Rb、Cb和Zb对地进行火花式放电，造成轴承光洁度下降，降低使用寿命，严重地造成直接损坏。损坏程度主要取决于轴电压和存储在电子转子对地电容Crf的大小。环路电流发生在电网变压器地线、变频器地线、电机地线及电机负载与大地地线之间的回路(如水泵类负载)中。环路电流主要造成传导干扰和地线干扰，对变频器和电机影响不大。避免或者减小环流的方法就是尽可能减小地线回路的阻抗。由于变频器接地线(PE变频器)一般与电机接地线(PE电机1)连接在一个点，因此，必须尽可能加粗电机接地电缆线径，减小两者之间的电阻，同时变频器与电源之间的地线采
38、用地线铜母排或者专用接地电缆，保证良好接地。对于潜水深井泵这样的负载，接地阻抗ZE电机2可能小于ZE变压器与ZE变频器之和，容易形成地环流，建议断开ZE变频器，抗干扰效果好。在变频器输出端串由电感、RC组成的正弦波滤波器是抑制轴电压与轴承电流的有效途径。目前有多家厂家可提供标准滤波器。6 结束语本文从变频器实际应用系统中出现的问题出发，从应用环境、电磁兼容、电网质量、电机绝缘等方面，有针对性地提出了一些解决问题的方法及改进的建议，对于变频器在实际工程中的应用有一定的参考价值。变频器在工程应用中需要注意的几个问题1 引言随着通用变频器市场的日益繁荣，不包括OEM进口变频器，中国通用变频器年用量超
39、过25亿元人民币，变频器及其附属设备的安装、调试、日常维护及维修工作量剧增，给用户造成重大直接和间接损失。本文就针对造成以上问题的原因，根据大量用户的实际应用情况，从应用环境、电磁干扰与抗干扰、电网质量、电机绝缘等方面进行了分析，提出了一些改进的建议。2 工作环境问题在变频器实际应用中，由于国内客户除少数有专用机房外，大多为了降低成本，将变频器直接安装于工业现场。工作现场一般是灰尘大、温度高，在南方还有湿度大的问题。对于线缆行业还有金属粉尘，在陶瓷、印染等行业还有腐蚀性气体和粉尘，在煤矿等场合，还有防爆的要求等等。因此必须根据现场情况做出相应的对策。2.1 变频器的安装设计基本要求(1) 变频
40、器应该安装在控制柜内部。(2) 变频器最好安装在控制柜内的中部;变频器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大元件。(3) 变频器上、下部边缘距离控制柜顶部、底部、或者隔板、或者必须安装的大元件等的最小间距，应该大于300mm。柜内安装变频器的基本要求(4) 如果特殊用户在使用中需要取掉键盘，则变频器面板的键盘孔，一定要用胶带严格密封或者采用假面板替换，防止粉尘大量进入变频器内部。(5) 对变频器要进行定期维护，及时清理内部的粉尘等。(6) 其它的基本安装、使用要求必须遵守用户手册上的有关说明;如有疑问请及时联系相应厂家技术支持人员。2.2 防尘控制柜的设计要求在多粉尘场所，
41、特别是多金属粉尘、絮状物的场所使用变频器时，采取正确、合理的防护措施是十分必要的，防尘措施得当对保证变频器正常工作非常重要。总体要求控制柜整体应该密封，应该通过专门设计的进风口、出风口进行通风;控制柜顶部应该有防护网和防护顶盖出风口;控制柜底部应该有底板和进风口、进线孔，并且安装防尘网。(1) 控制柜的风道要设计合理，排风通畅，避免在柜内形成涡流，在固定的位置形成灰尘堆积。(2) 控制柜顶部出风口上面要安装防护顶盖，防止杂物直接落入；防护顶盖高度要合理，不影响排风。防护顶盖的侧面出风口要安装防护网，防止絮状杂物直接落入。(3) 如果采用控制柜顶部侧面排风方式，出风口必须安装防护网。(4) 一定
42、要确保控制柜顶部的轴流风机旋转方向正确，向外抽风。如果风机安装在控制柜顶部的外部，必须确保防护顶盖与风机之间有足够的高度；如果风机安装在控制柜顶部的内部，安装所需螺钉必须采用止逆弹件，防止风机脱落造成柜内元件和设备的损坏。建议在风机和柜体之间加装塑料或者橡胶减振垫圈，可以大大减小风机震动造成的噪音。(5) 控制柜的前、后门和其他接缝处，要采用密封垫片或者密封胶进行一定的密封处理，防止粉尘进入。(6) 控制柜底部、侧板的所有进风口、进线孔，一定要安装防尘网。阻隔絮状杂物进入。防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清理、维护。防尘网的网格要小，能够有效阻挡细小絮状物(与一般家用防蚊蝇纱窗的网格相仿);或
43、者根据具体情况确定合适的网格尺寸。防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。(7) 对控制柜一定要进行定期维护，及时清理内部、外部的粉尘、絮毛等杂物。维护周期可根据具体情况而定，但应该小于23个月;对于粉尘严重的场所，建议维护周期在1个月左右。防尘控制柜的安装要求2.3 防潮湿霉变的控制柜的设计要求多数变频器厂家内部的印制板、金属结构件均未进行防潮湿霉变的特殊处理，如果变频器长期处于这种状态，金属结构件容易产生锈蚀，对于导电铜排在高温运行情况下，更加剧了锈蚀的过程。对于微机控制板和驱动电源板上的细小铜质导线，由于锈蚀将造成损坏，因此，对于应用于潮湿和和含有腐蚀性气体的场合，必须对于使用变频器的内部
44、设计有基本要求，例如印刷电路板必须采用三防漆喷涂处理，对于结构件必须采用镀镍铬等处理工艺。除此之外，还需要采取其它积极、有效、合理的防潮湿、防腐蚀气体的措施。(1) 控制柜可以安装在单独的、密闭的采用空调的机房，此方法适用控制设备较多，建立机房的成本低于柜体单独密闭处理的场合，此时控制柜可以采用如上防尘或者一般环境设计即可。(2) 采用独立进风口。单独的进风口可以设在控制柜的底部，通过独立密闭地沟与外部干净环境连接，此方法需要在进风口处安装一个防尘网，如果地沟超过5m以上时，可以考虑加装鼓风机。(3) 密闭控制柜内可以加装吸湿的干燥剂或者吸附毒性气体的活性材料，并近期更换。3 干扰问题3.1
45、变频器对微机控制板的干扰在注塑机、电梯等的控制系统中，多采用微机或者PLC进行控制，在系统设计或者改造过程中，一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。由于用户自己设计的微机控制板一般工艺水平差，不符合EMC国际标准，在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制系统工作异常，因此需要采取必要措施。(1) 良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地，微机控制板的屏蔽地，最好单独接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连3。(2) 给微机控制板输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等，成本低。可以有效抑制传导干扰。另外在辐射干扰
46、严重的场合，如周围存在GSM、或者小灵通机站时，可以对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。微机控制板的电源抗干扰措施(3) 给变频器输入加装EMI滤波器，可以有效抑制变频器对电网的传导干扰，加装输入交流和直流电抗器L1、L2，可以提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。在某些电机与变频器之间距离超过100m的场合，需要在变频器侧添加交流输出电抗器L3，解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。一个行之有效的方法就是采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，并将钢管外壳或者电缆屏蔽层与大地可靠连接。请注意，在不添加交流输出电抗器L3时，如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，增
47、大了输出对地的分布电容，容易出现过流。当然在实际中一般只采取其中的一种或者几种方法。减小变频器对外部控制设备的干扰措施(4) 对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1M，跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果非要用模拟量控制时，建议一定采用屏蔽电缆，并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用V/F转换，光藕隔离再采用频率设定输入的方法。3.2 变频器本身抗干扰问题当变频器的供电系统附近，存在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源或者采用滑环供电的场合，变频器本身容易因为干扰而出现保护。建议用户采用如下措施：(1) 在变频器输入侧添加电感和电容，构成LC滤波网络。(2) 变频器的电源线直接从变压器侧供电。(3) 在条件许可的情况下，可以采用单独的变压器。(4) 在采用外部开关量控制端子控制时，连接线路较长时，建议采用屏蔽电缆。当控制线路与主回路电源均在
