形成电磁干扰须具备三要素:干扰源、干扰途径、对干扰敏感的系统。为防止干扰,可采用硬件与软件两种抗干扰手段,其中硬件抗干扰是最基本、最重要的措施,一般从“抗”和“放”两方面入手,总体原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰的敏感性,工程上常采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
解决现场干扰的主要步骤:
1. 软件抗干扰:通过变频器人机界面将载波频率调低到适当范围。若不奏效,则采取硬件措施。
2. 正确接地:现场接地情况往往不理想,而正确接地既能提高系统抑制外来干扰的能力,又能降低设备自身的对外干扰,是最有效的措施。(1)变频器主回路端子PE(E、G)必须接地,可与所带电机共地,但不能与其他设备共地,须单独打接地桩,接地点尽量远离弱电设备;接地导线截面积不小于4 mm²,长度控制在20 m以内。(2)其他机电设备地线中,保护接地与工作接地应分开单独设接地极,并最终汇入配电柜电气接地点;控制信号屏蔽地、主电路导线屏蔽地也应分开单独设接地极,并汇入配电柜电气接地点。
3. 屏蔽干扰源:变频器本身用铁壳屏蔽以防电磁干扰泄漏,输出线最好用钢管屏蔽;尤其是以外部4~20 mA信号控制变频器时,控制信号线应尽可能短(一般20 m以内),必须采用屏蔽双绞线,并与主电路线(AC 380 V)及控制线(AC 220 V)完全分离。系统中电子敏感设备线路(尤其压力信号)也要求用屏蔽双绞线,所有信号线绝不能与主电路线及控制线放于同一配管或线槽内。为使屏蔽有效,屏蔽层必须可靠接地。
4. 合理布线:(1)设备电源线、信号线尽量远离变频器输入输出线;(2)其他设备电源线与信号线避免与变频器输入输出线平行。
若以上办法仍不奏效,继续采取:
5. 干扰隔离:从电路上将干扰源与易受干扰部分隔离开,使其不发生电的联系。通常是在电源与控制器及变送器等放大电路之间的电源线上采用隔离变压器以阻断传导干扰,可应用噪声隔离变压器。
6. 设置滤波器:抑制干扰信号从变频器经电源线传导到电源和电机。为减少电磁噪声与损耗,可在变频器输出侧设输出滤波器;为减少对电源干扰,可在输入侧设输入滤波器;若线路中有敏感电子设备,可在其电源线上设置电源噪声滤波器。滤波器按位置分:输入滤波器(a线路滤波器——由电感线圈构成,通过增大高频阻抗削弱高频谐波电流;b辐射滤波器——由高频电容器构成,吸收频率高、具辐射能量的谐波成分);输出滤波器(由电感线圈构成,削弱输出电流中的高次谐波,既可抗干扰,也可削弱电机由谐波电流产生的附加转矩)。输出端抗干扰须注意:a变频器输出端不允许接入电容器,以免功率管通断瞬间产生峰值很大的充放电电流损坏功率管;b输出滤波器由LC电路构成时,接电容器的一侧必须与电动机侧相接。
7. 采用电抗器:输入电流中较低的谐波成分(5、7、11、13次等)占比重高,除干扰其他设备外还消耗大量无功、使功率因数下降。在输入电路串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。(1)交流电抗器——串联于电源与变频器输入侧:抑制谐波电流、将功率因数提高到0.75~0.85;削弱输入电路浪涌电流对变频器的冲击;削弱电源电压不平衡的影响。(2)直流电抗器——串联于整流桥与滤波电容之间:削弱输入电流中高次谐波成分,在提高功率因数方面比交流电抗器更有效(可达0.95),且结构简单、体积小。
综上,变频器抗干扰措施主要包括:进线加装交流电抗器和滤波器,进线、出线采用屏蔽电缆,所有电缆屏蔽层与电抗器、滤波器、变频器及电机的保护地共同接地,该接地点与其他接地点分开并保持足够距离,信号电缆与变频器动力电缆不要平行布置。同时,为防止干扰信号进入控制回路,控制器、仪表及工控机宜采用单独的隔离电源供电。
当变频器供电系统附近存在高频冲击负载(电焊机、电镀电源、电解电源或滑环供电场合)时,变频器及仪表易因干扰而保护,建议:输入侧加装电感和电容构成LC滤波网络;电源线直接从变压器侧供电;条件允许时采用单独变压器;用外部开关量控制端子控制且线路较长时建议用屏蔽电缆,控制线路与主回路、电源同埋地沟时应采用屏蔽电缆且主回路用钢管屏蔽穿线以减少相互干扰、防止误动作;用外部模拟量控制端子控制时,若线路在1 m内用屏蔽电缆连接并实施变频器侧单点接地即可,线路较长或干扰严重时建议在变频器侧加装DC/DC隔离模块,或经V/F转换采用频率指令给定模式;用外部通信端子控制时,建议用屏蔽双绞线并将变频器侧屏蔽层接地(PE),干扰严重时屏蔽层接控制电源地(GND);RS-232通信时控制线路尽量不要超过15 m,若须加长则相应降低通信波特率(100 m左右时正常通信波特率小于600 bps);RS-485通信还须考虑终端匹配电阻;采用现场总线的高速系统,通信电缆须用专用电缆并采用多点接地方式才能提高可靠性。