煙機設備抗變頻干擾問題

肖 波

吉林煙草工業有限責任公司長春卷煙廠，吉林長春 130031

卷煙廠煙機設備主傳動電機主要由變頻器控制，變頻線路在電機起、降速過程中往往對小電流模擬信號、直流電源、高分辨率信號造成嚴重干擾。下面結合煙機設備維修中的幾個實例及其處理過程來談一談解決變頻干擾的問題。

實例一：在生產中發現，每次機器啟動升速及停機降速時不合格產品剔除裝置都會誤動作，其它情況下則沒有。經觀察，發現給剔除編碼器供電的直流電源線路在頻率變化時產生了高次諧波，應當是變頻回路造成的干擾。處理過程中先后采用加套磁環、使用屏蔽電纜等措施都沒效果，施工區間又不允許單獨布線。最后嘗試將直流0V接地，問題解決。實例二：工業現場總線PROFI-BUS網絡經常掉線。此現象發生時沒有任何規律，而且在生產線停止后短時間內能夠自行恢復，因高架線槽中變頻電機動力線與網線混鋪，故判斷為變頻干擾。因此時現場條件已不允許重新布線，故決定采取其他措施。1.盡量把網線與動力線分開；2.在網線屏蔽電纜上重新做單端接地；3.在網線上加套磁環；4.在變頻器輸出端加套磁環。經此處理后效果良好，網絡掉線現象基本杜絕。實例三：西門子PLC本身經常會報“總線錯誤”故障，停機后在PLC上復位即好。與PLC進行PROFI-BUS通訊的工控一體機在設備運轉過程中不能實現自動頁面跳轉，停機后現象立即消失。由于DP 網線與主電機變頻動力線鋪設在同一線槽內，故判斷為變頻干擾，工作現場同樣無法實現單獨布線。在加套磁環無效情況下，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線，導線另一端直接接地，將插頭插好緊固。經此處理后效果非常好，故障現象再未發生過。

綜合以上幾個案例，我們得出這樣的結論：變頻設備在頻率變化過程中會產生較強的高次諧波，因此可能對周圍其他線路產生電磁干擾，干擾對象包括交直流電源回路、進行數據通訊的網線、小電流模擬信號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象，我建議可以采取以下幾項措施：1）在項目施工過程中盡量采用單獨布線方式，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，如現場環境要求必須線路混鋪，則在定制線槽時于線槽內部單獨設計一個小空間鋪設干擾源電纜，此時要求每節線槽必須實現硬連接并可靠接地；2）在容易被干擾的線路兩端加套磁環，最好線路電纜選用帶金屬屏蔽層的屏蔽電纜，在電纜鋪設完畢后，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,變頻輸出端動力線加套磁環,變頻動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都應當盡量遠離其他設備，有條件的話最好將變頻器等單獨安裝在一個控制箱內，并為其輸入輸出電纜單獨做一個線槽。（流程圖如圖1）

通過實施以上幾種方案，我們可以用較小的資金投入基本解決煙機設備由于主電機升降速變頻造成的電磁干擾，當然，電磁干擾的形成、種類、干擾目標是多種多樣的，解決的辦法也不僅于此，以上只是在設備維修過程中的經驗之談，各個實例均為真實，謹請參考。

注釋：

①干擾源：在電力電子系統中能夠產生較強電磁干擾波的一切設備。

②被干擾對象：在電磁干擾下不能正確執行其既定功能的設備。

③變頻干擾：由交流電源進行工頻變換時產生的高次諧波進而形成交變磁場，交變磁場會對某些電子信號、交流電源和實時數據傳輸產生影響，破壞其正常工作狀態。

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現對交變電磁場的可靠濾除。

⑤可靠接地：原則上應當用直徑較大且長度較小的導體將接地設備與大地、機器外殼、電源進線等進行緊密連接。

⑥變頻區間：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歷的時段，在此階段由于頻率連續變化極易產生高次諧波電磁場。

⑦高次諧波：將非正弦周期信號按傅里葉級數展開，頻率為原信號的兩倍及以上的正弦分量，一般為整數倍。

⑧屏蔽電纜：在電纜外皮與導線之間或在電纜外皮外面加裝一層網狀金屬屏蔽層，當此屏蔽層可靠接地后，能夠將干擾磁場的電流導入大地。

[1]電工學基礎.

[2]晶閘管變流技術.

[3]變頻與干擾.