洗煤廠變頻器干擾的影響及抗干擾措施

王宇涵

（平頂山中選自控系統有限公司，河南 平頂山467000）

0 引言

隨著工業自動化程度的提高，變頻器的應用越來越廣泛，而且自動化程度越高的工廠，使用變頻器數量越多。但大量變頻器的使用也將變頻器的干擾問題擴大化，有時甚至影響到廠房的正常工作生產。因此，有必要對變頻器應用中的干擾問題進行探討。

1 變頻器的工作原理

變頻調速的控制對象是異步電機，其轉速公式為：

式中，n為轉速；s為轉差率；n1為同步轉速；f1為定子供電頻率；p為極對數。

由式（1）可知，異步電機有3種基本調速方式：變極調速、改變轉差率調速、變頻調速。

變頻器的工作原理就是將直流電源變成脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，脈沖個數越多，其輸出的波形越平滑且擁有的低次諧波量越少，用這些波形近似地代替正弦波形，通過改變脈沖列的周期、寬度或占空比可以調頻、調壓，采用適當的控制方法即可使電壓與頻率協調變化［1］。可以通過調整PWM的周期、占空比來達到控制充電電流的目的。現在市場中主要的控制方式有壓頻控制、矢量控制、直接轉矩控制3種。

2 變頻器產生干擾的原因及危害

2.1 變頻器產生干擾的原因

變頻器是利用電力電子技術，通過脈沖寬度調制（PWM）技術斬波的方式改變電機工作電源頻率來控制電機的輸出。基于這一工作原理，變頻器在運行過程中需要對輸入電源用電力二極管整流（或晶體管/逆變模塊）進行斬波逆變，在這個具有5～10 MHz頻率的逆變過程中，輸入、輸出回路會產生較多的高次諧波，從而對同一電網的其他電子、電氣設備產生干擾，影響電網的供電質量及其他電氣設備的正常運行。

2.2 變頻器干擾的危害

變頻器干擾主要有輻射干擾、沿線干擾、感應干擾等傳播形式［2］。變頻器本身不會通過輻射產生很多電磁干擾，僅在其100 mm范圍內有較強的電磁干擾，但電磁干擾強度隨距離的增加而迅速衰減，在距離變頻器300 mm處電磁干擾強度就變得很弱［3］。變頻器產生的電磁干擾能量主要經電源和電機電纜的傳導向外傳播。

總結變頻器干擾造成的危害，主要有以下幾種：

（1）諧波使電網中的電氣元件產生附加的諧波損耗，降低電機工作效率，增加變壓器的功率損耗。

（2）諧波通過電網傳導，引起電網中局部的串聯或并聯諧振，引起電機振動、噪音增大，對電機壽命產生一定影響，甚至損壞電機，直接影響到工廠的正常生產。另外，諧波會使電力電容發生過載、過熱現象，甚至損壞電容器。

（3）諧波或電磁干擾引起電氣儀表計量錯誤，繼電保護裝置誤動作，甚至無法正常工作。變頻器易對工廠中的PLC控制系統產生干擾，使儀器儀表無法正常工作，影響生產系統的正常運行，如果干擾大，會直接影響PLC控制系統的正常運行，造成PLC系統故障、停機，從而引起自動化系統停止工作，造成經濟損失。

3 抑制變頻器干擾的措施

洗煤廠生產控制系統主要是以PLC控制為中心、以電機為功率輸出單元的配電控制系統。其中，PLC控制系統是由基于微處理器的各類數字控制設備構成的。在洗煤廠中主要存在導線干擾、電源干擾、電磁干擾、在線干擾和接地不當干擾等5種干擾。變頻器在運行過程中容易對電機以及PLC系統和儀表等弱電設備產生干擾，從而影響設備的正常運行。針對洗煤廠生產控制系統的這一特點，抑制變頻器干擾的主要措施有以下幾種：

3.1 安裝電抗器

在變頻器的進出線兩側串聯進出線電抗器。在輸入端電抗器既可以防止電網諧波和操作過電壓引起的電流沖擊對變頻器的正常運行產生影響，又能減少變頻器產生的諧波污染電網，改善變頻器的功率因數，具有保護變頻器的作用；在輸出端電抗器能夠限制電纜的容性充電電流，減少諧波輸出，改善電源質量，同時降低電機的噪聲，吸收電機負載引起的浪涌電流，避免變頻器的誤動作，也可防止變頻器諧波干擾對電機正常工作的影響，提高變頻器工作的可靠性和效率。

3.2 使用濾波器

濾波器能對頻率與幅值都變化的諧波進行跟蹤補償處理，其特性不受系統的影響，不會產生放大諧波的效果，有較強的抗干擾能力［4］。同時還具有防止用電設備本身的干擾傳送給電源的作用，有些還兼有吸收尖峰電壓的功能，對各類用電設備有不少好處。但較多的由廠家安裝在變頻器內部，無法自行安裝。有2種簡易濾波器，分別是與電源線并聯的電容性濾波器和串聯接入電網的電感性濾波器。因此，在經濟條件允許的情況下，變頻器選型時應盡量選用帶有濾波單元的變頻設備，減少對電網的干擾。

3.3 采取隔離措施

在現場操作時，隔離方式主要有屏蔽和電源隔離2種。屏蔽是指將變頻器與其他用電設備隔離，安裝柜體對其進行屏蔽保護，減少電磁干擾的泄露。在選煤廠中，大電流或高電壓的動力線應該和信號線分開配線，勿敷設于同一線槽內，以防對信號的輸入、輸出造成影響。當長距離配線不可避免時，信號線的輸入、輸出最好采用獨立的電纜來完成，并用鋼管對其進行屏蔽，也可按90°交叉施工，以減少對控制電纜的電磁干擾［5］。

為了提高控制系統（即PLC系統）的抗干擾能力，通常在控制電源處安裝穩壓電源，穩壓的同時也起到電源隔離保護的作用，以減少母線所載諧波對PLC系統的干擾，提高系統的可靠性。

3.4 使設備可靠接地

大量的生產實踐證明，對帶電設備進行接地是防止干擾的重要手段。接地方式有一點接地、多點接地、經母線接地等。單點接地是在一個電路或裝置中只有一個物理點定義為接地點，在低頻下的性能好。多點接地是指裝置中的各個接地點都直接接到距它最近的接地點，在高頻下的性能好。混合接地是根據信號頻率和接地線長度，系統同時采用單點接地和多點接地的方式。洗煤廠根據實際情況多采用混合接地。PLC設備作為重要的保護設備，其柜體也必須接地。接地線一般采用截面在22 mm2以上的銅導線，總母線一般使用截面在60 mm2以上的銅排。接地極的接地電阻應在2Ω以下，接地極一般選擇埋在距離建筑物10～15 m的位置，而且要保證PLC系統的接地點和強電設備接地點的距離在10 m以上［6］。

4 結語

實踐證明，通過以上幾種措施能有效地抑制變頻器的干擾，提高變頻器、電機及PLC系統的可靠性，達到設計和生產的要求。但由于選煤廠設備的抗干擾是一個系統而復雜的工程，變頻器作為一個重要的干擾源，應對其相關因素進行更加深入的分析，從而保證選煤廠PLC控制系統日常工作的正常化、高效化。

［1］靖斌.變頻器干擾表現及抗干擾措施［J］.勞動保障世界：理論版，2013（6）

［2］牛麗英.電氣設計中變頻器干擾問題之解決［J］.黑龍江科技信息，2012（17）

［3］李保國.變頻器的電磁干擾與解決方案［J］.紡織機械，2010（4）

［4］葉啟明.變頻器實際應用中的抗干擾問題［J］.大眾用電，2013（4）

［5］GB50052—2009 供配電系統設計規范［S］

［6］何敏.淺論PLC控制系統抗干擾的因素和措施［J］.云南科技管理，2012（2）