煙機(jī)設(shè)備抗變頻干擾問題

肖 波

吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司長春卷煙廠，吉林長春 130031

卷煙廠煙機(jī)設(shè)備主傳動(dòng)電機(jī)主要由變頻器控制，變頻線路在電機(jī)起、降速過程中往往對小電流模擬信號(hào)、直流電源、高分辨率信號(hào)造成嚴(yán)重干擾。下面結(jié)合煙機(jī)設(shè)備維修中的幾個(gè)實(shí)例及其處理過程來談一談解決變頻干擾的問題。

實(shí)例一：在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，每次機(jī)器啟動(dòng)升速及停機(jī)降速時(shí)不合格產(chǎn)品剔除裝置都會(huì)誤動(dòng)作，其它情況下則沒有。經(jīng)觀察，發(fā)現(xiàn)給剔除編碼器供電的直流電源線路在頻率變化時(shí)產(chǎn)生了高次諧波，應(yīng)當(dāng)是變頻回路造成的干擾。處理過程中先后采用加套磁環(huán)、使用屏蔽電纜等措施都沒效果，施工區(qū)間又不允許單獨(dú)布線。最后嘗試將直流0V接地，問題解決。實(shí)例二：工業(yè)現(xiàn)場總線PROFI-BUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常掉線。此現(xiàn)象發(fā)生時(shí)沒有任何規(guī)律，而且在生產(chǎn)線停止后短時(shí)間內(nèi)能夠自行恢復(fù)，因高架線槽中變頻電機(jī)動(dòng)力線與網(wǎng)線混鋪，故判斷為變頻干擾。因此時(shí)現(xiàn)場條件已不允許重新布線，故決定采取其他措施。1.盡量把網(wǎng)線與動(dòng)力線分開；2.在網(wǎng)線屏蔽電纜上重新做單端接地；3.在網(wǎng)線上加套磁環(huán)；4.在變頻器輸出端加套磁環(huán)。經(jīng)此處理后效果良好，網(wǎng)絡(luò)掉線現(xiàn)象基本杜絕。實(shí)例三：西門子PLC本身經(jīng)常會(huì)報(bào)“總線錯(cuò)誤”故障，停機(jī)后在PLC上復(fù)位即好。與PLC進(jìn)行PROFI-BUS通訊的工控一體機(jī)在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頁面跳轉(zhuǎn)，停機(jī)后現(xiàn)象立即消失。由于DP 網(wǎng)線與主電機(jī)變頻動(dòng)力線鋪設(shè)在同一線槽內(nèi)，故判斷為變頻干擾，工作現(xiàn)場同樣無法實(shí)現(xiàn)單獨(dú)布線。在加套磁環(huán)無效情況下，我們將DP電纜與PLC的連接插頭拆下，在屏蔽外層上焊接上一根短粗導(dǎo)線，導(dǎo)線另一端直接接地，將插頭插好緊固。經(jīng)此處理后效果非常好，故障現(xiàn)象再未發(fā)生過。

綜合以上幾個(gè)案例，我們得出這樣的結(jié)論：變頻設(shè)備在頻率變化過程中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的高次諧波，因此可能對周圍其他線路產(chǎn)生電磁干擾，干擾對象包括交直流電源回路、進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的網(wǎng)線、小電流模擬信號(hào)以及軸編碼器之類的高速高分辨率元件。為了避免變頻干擾造成的各種故障現(xiàn)象，我建議可以采取以下幾項(xiàng)措施：1）在項(xiàng)目施工過程中盡量采用單獨(dú)布線方式，將變頻線路、交流電源回路與小功率配線分開，做好電磁隔離措施，防止電磁干擾，如現(xiàn)場環(huán)境要求必須線路混鋪，則在定制線槽時(shí)于線槽內(nèi)部單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)小空間鋪設(shè)干擾源電纜，此時(shí)要求每節(jié)線槽必須實(shí)現(xiàn)硬連接并可靠接地；2）在容易被干擾的線路兩端加套磁環(huán)，最好線路電纜選用帶金屬屏蔽層的屏蔽電纜，在電纜鋪設(shè)完畢后，一定要把屏蔽層可靠接地；3.在干擾源即變頻器端加裝屏蔽罩,變頻輸出端動(dòng)力線加套磁環(huán),變頻動(dòng)力線采用帶屏蔽層的電纜并可靠接地，所有變頻控制裝置在安裝時(shí)都應(yīng)當(dāng)盡量遠(yuǎn)離其他設(shè)備，有條件的話最好將變頻器等單獨(dú)安裝在一個(gè)控制箱內(nèi)，并為其輸入輸出電纜單獨(dú)做一個(gè)線槽。（流程圖如圖1）

通過實(shí)施以上幾種方案，我們可以用較小的資金投入基本解決煙機(jī)設(shè)備由于主電機(jī)升降速變頻造成的電磁干擾，當(dāng)然，電磁干擾的形成、種類、干擾目標(biāo)是多種多樣的，解決的辦法也不僅于此，以上只是在設(shè)備維修過程中的經(jīng)驗(yàn)之談，各個(gè)實(shí)例均為真實(shí)，謹(jǐn)請參考。

注釋：

①干擾源：在電力電子系統(tǒng)中能夠產(chǎn)生較強(qiáng)電磁干擾波的一切設(shè)備。

②被干擾對象：在電磁干擾下不能正確執(zhí)行其既定功能的設(shè)備。

③變頻干擾：由交流電源進(jìn)行工頻變換時(shí)產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)而形成交變磁場，交變磁場會(huì)對某些電子信號(hào)、交流電源和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生影響，破壞其正常工作狀態(tài)。

④屏蔽：用加裝屏蔽罩及屏蔽電纜屏蔽層可靠接地等方式實(shí)現(xiàn)對交變電磁場的可靠濾除。

⑤可靠接地：原則上應(yīng)當(dāng)用直徑較大且長度較小的導(dǎo)體將接地設(shè)備與大地、機(jī)器外殼、電源進(jìn)線等進(jìn)行緊密連接。

⑥變頻區(qū)間：變頻器輸出由零赫茲上升到指定頻率或者由某一頻率下降到零赫茲所經(jīng)歷的時(shí)段，在此階段由于頻率連續(xù)變化極易產(chǎn)生高次諧波電磁場。

⑦高次諧波：將非正弦周期信號(hào)按傅里葉級(jí)數(shù)展開，頻率為原信號(hào)的兩倍及以上的正弦分量，一般為整數(shù)倍。

⑧屏蔽電纜：在電纜外皮與導(dǎo)線之間或在電纜外皮外面加裝一層網(wǎng)狀金屬屏蔽層，當(dāng)此屏蔽層可靠接地后，能夠?qū)⒏蓴_磁場的電流導(dǎo)入大地。

[1]電工學(xué)基礎(chǔ).

[2]晶閘管變流技術(shù).

[3]變頻與干擾.