1、引言
變頻器的應(yīng)用日益普及，為各行業(yè)的工業(yè)自動化控制提供了良好的生產(chǎn)及工藝效益。但隨著自動化程度的不斷提高，自動化設(shè)備對電源污染的程度也越來越深，相應(yīng)的對自動控制系統(tǒng)的干擾也越來越強，對電源濾波、凈化，取得相對穩(wěn)定的綠色電源的要求也越來越高。
國際上對電磁兼容（EMC或EMI）的設(shè)計及應(yīng)用已有比較明確的法律及法規(guī)，對電子設(shè)備的干擾及被干擾、電源的諧波含量都有明確的規(guī)定。由于我國電子設(shè)備的自動化發(fā)展相對較慢，對其諧波含量對電網(wǎng)的污染還沒有一定的認識，因此這一方面的認知還沒有發(fā)展到法律化的程度。但是，在一些工業(yè)生產(chǎn)自動化程度相對較高的場合，電磁兼容的意義已相對明顯，有些電子設(shè)備對電磁干擾非常的敏感，以至于無法正常工作。
2、洗煤廠集中控制系統(tǒng)簡介
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)，由工控機通過PLC控制電機起停，工控機到PLC到變頻器為4～20mA電流信號，主要4臺泵由變頻器控制（工藝要求），有2臺355KW變頻器和2臺132KW變頻器。設(shè)備調(diào)試時出現(xiàn)電機自動停機現(xiàn)象，包括4臺變頻器控制的4臺電機，原因為PLC誤動作；監(jiān)視系統(tǒng)屏幕有花點，顯示圖象抖動較大。經(jīng)檢測變頻器諧波電流超標較嚴重，PLC誤動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。要解決電磁干擾問題首先要考慮電磁兼容三要素。
3、電磁兼容問題三要素
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）：是指當受到電磁騷擾源所發(fā)出的電磁能量的作用時，會受到傷害的人或其它生物，以及會發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級或失效的器件、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)生電磁兼容性問題，必須存在三個因素，即電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。所以，在遇到電磁兼容問題時，要從這三個因素入手，對癥下藥，消除其中某一個因素，就能解決電磁兼容問題。
4、電磁干擾問題分析及解決方法
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，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。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，輸出電流信號是受PWM載波信號調(diào)制的脈沖波形，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz， 而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，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，作為一個強大的干擾源，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)生的輻射干擾對周圍的設(shè)備產(chǎn)生強烈的影響，傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動的電機產(chǎn)生電磁噪聲，使得銅損、鐵損大幅增加，同時傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對電源輸入端所連接的PLC和工控機有很大的影響。
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自電網(wǎng)的諧波及高頻干擾，觀察設(shè)備運行狀態(tài)，偶爾還會出現(xiàn)電機自動停機現(xiàn)象；分析可能是沒有將干擾徹底濾除，在其中1臺（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，開機空載試運行正常，為避免加載后干擾的增強，在其它3臺變頻器的輸入、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線和視頻采集器信號上加裝吸收磁環(huán)，在監(jiān)控中心總電源輸入加裝超級隔離變壓器和高性能電源濾波器來預(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
自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，如何使各單元設(shè)備正常工作互不干擾，除增強設(shè)備抗干擾能力外，線路鋪設(shè)、接地也很關(guān)鍵。