變頻器對控制板的干擾問題

在注塑機(jī)、電梯等的控制系統(tǒng)中，多采用微機(jī)或者PLC進(jìn)行控制，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)或者改造過程中，一定要注意變頻器對微機(jī)控制板的干擾問題。由于用戶自己設(shè)計(jì)的微機(jī)控制板一般工藝水平差，不符合EMC國際標(biāo)準(zhǔn)，在采用變頻器后，產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射干擾，往往導(dǎo)致控制系統(tǒng)工作異常，因此需要采取必要措施。

(1) 良好的接地。電機(jī)等強(qiáng)電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機(jī)控制板的屏蔽地，最好單獨(dú)接地。對于某些干擾嚴(yán)重的場合，建議將傳感器、I/O接口屏蔽層與控制板的控制地相連[3]。

(2) 給微機(jī)控制板輸入電源加裝EMI濾波器、共模電感、高頻磁環(huán)等，成本低。如圖3所示，可以有效抑制傳導(dǎo)干擾。另
外在輻射干擾嚴(yán)重的場合，如周圍存在GSM、或者小靈通機(jī)站時(shí)，可以對微機(jī)控制板添加金屬網(wǎng)狀屏蔽罩進(jìn)行屏蔽處理。

(3) 給變頻器輸入加裝EMI濾波器，可以有效抑制變頻器對電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾，加裝輸入交流和直流電抗器L1、L2，可以提高功率因數(shù)，減小諧波污染，綜合效果好。在某些電機(jī)與變頻器之間距離超過100m的場合，需要在變頻器側(cè)添加交流輸出電抗器L3，解決因?yàn)檩敵鰧?dǎo)線對地分布參數(shù)造成的漏電流保護(hù)和減少對外部的輻射干擾。一個行之有效的方法就是采用鋼管穿線或者屏蔽電纜的方法，并將鋼管外殼或者電纜屏蔽層與大地可靠連接。請注意，在不添加交流輸出電抗器L3時(shí)，如果采用鋼管穿線或者屏蔽電纜的方法，增大了輸出對地的分布電容，容易出現(xiàn)過流。如圖4所示，當(dāng)然在實(shí)際中一般只采取其中的一種或者幾種方法。

(4) 對模擬傳感器檢測輸入和模擬控制信號進(jìn)行電氣屏蔽和隔離。在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，建議盡量不要采用模擬控制，特別是控制距離大于1M，跨控制柜安裝的情況下。因?yàn)樽冾l器一般都有多段速設(shè)定、開關(guān)頻率量輸入輸出，可以滿足要求。如果非要用模擬量控制時(shí)，建議一定采用屏蔽電纜，并在傳感器側(cè)或者變頻器側(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端一點(diǎn)接地。如果干擾仍舊嚴(yán)重，需要實(shí)現(xiàn)DC/DC隔離措施?？梢圆捎脴?biāo)準(zhǔn)的DC/DC模塊，或者采用V/F轉(zhuǎn)換，光藕隔離再采用頻率設(shè)定輸入的方法。

ｒ——輸出介質(zhì)單位體積重量（ｋｇ／ｍ３??；
η——使用工況點(diǎn)的泵效率（％）。
可求出運(yùn)行在Ｂ點(diǎn)泵的軸功率和Ｃ點(diǎn)泵的軸功率分別為：
ＰＢ＝Ｑ１Ｈ１ｒ／１０２η ２　
ＰＣ＝Ｑ１Ｈ２ｒ／１０２η ３　
兩者之差為：
Δρ＝ＰＢ－ＰＣ＝Ｑ１Ｈ１－Ｈ２?。颍保埃拨牵煟础?br style="padding: 0px; margin: 0px;"/>也就是說，用閥門控制流量時(shí)，有ΔＰ功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，根據(jù)流量Ｑ、揚(yáng)程Ｈ、功率Ｐ和轉(zhuǎn)速Ｎ之間的關(guān)系，有：
由（５）式可知，流量Ｑ與轉(zhuǎn)速Ｎ的一次方成正比；揚(yáng)程Ｈ與轉(zhuǎn)速Ｎ的平方成正比；軸功率Ｐ與轉(zhuǎn)速Ｎ的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速成３次方的關(guān)系下降。如果不是用關(guān)小閥門的方法，而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況下，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，從而獲得圖１中ＢＣ區(qū)域大小的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)能原理。
變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系：
Ｎ＝６０ｆ１－ｓ　／ｐ ６　
式中：ｆ——水泵電機(jī)的電源頻率（Ｈｚ）；
ｐ——電機(jī)的極對數(shù)；
由（６）式可知，均勻改變電動機(jī)定子繞組的電源頻率ｆ，就可以平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。
２ 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
變頻調(diào)速器的控制可以是自動的，也可以是手動的。目前，國內(nèi)在水泵控制系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術(shù)，大部分是在開環(huán)狀態(tài)下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，以達(dá)到調(diào)速目的。本水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)工廠生產(chǎn)工藝上所需冷卻水供水要求，考慮若干方面的因素，采用閉環(huán)調(diào)速控制。本水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖如圖２所示。
系統(tǒng)主要由四部分組成：
（１）控制對象：電機(jī)功率１００ｋＷ，額定電流１８３Ａ；水泵配用功率１００ｋＷ，流量７９２ｍ／ｈ，軸功率８０．３ｋＷ，揚(yáng)程３２．３ｍ。
（２）變頻調(diào)速器：選用ＦＲＮ１１０／Ｐ９Ｓ－４，適配通用電動機(jī)功率１１０ｋＷ，額定容量１６０ｋＶＡ，額定電流２１０Ａ。一般用于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的混合的變頻器容量選擇的基本方法是：變頻器額定輸出電流大于１．１倍電動機(jī)的額定電流。
（３）壓力測量變送器（ＰＴ）：選用ＤＬＫ１００－ＯＡ／０－１Ｍｐａ。用于控制水管出口壓力，并將壓力信號變換為４～２０ｍＡ的標(biāo)準(zhǔn)電信號，再輸入調(diào)節(jié)器。
（４）調(diào)節(jié)器（ＰＩＤ）：選用ＷＰ～Ｄ９０５，輸入信號４～２０ｍＡ，輸出為ＰＩＤ控制信號４～２０ｍＡ。
系統(tǒng)的控制過程為：由壓力測量變送器將水管出口壓力測出，并轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的４～２０ｍＡ標(biāo)準(zhǔn)電信號，送到調(diào)節(jié)器與工藝所需的控制指標(biāo)進(jìn)行比較，得出偏差。其偏差值由調(diào)節(jié)器按預(yù)先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算得出調(diào)節(jié)信號，該信號直接送到變頻調(diào)速器，從而使變頻器將輸入為３８０Ｖ／５０Ｈｚ的交流電變成輸出為０～３８０Ｖ／０～４００Ｈｚ連續(xù)可調(diào)電壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機(jī)。
３ 運(yùn)行效果分析
水泵電機(jī)裝上變頻調(diào)速器后，節(jié)能效果非常顯著，經(jīng)過實(shí)測，比未裝變頻器節(jié)約５３％左右的電能，而且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。采用變頻調(diào)速器前后實(shí)測的有關(guān)數(shù)據(jù)如表１、表２所示。
從表中數(shù)據(jù)對比結(jié)果分析可知：
（１）節(jié)能效果非常顯著，采用變頻調(diào)速技術(shù)后，提高了電機(jī)的功率因數(shù)，減少了無功功率消耗。月平均節(jié)約電能３１９１８ｋＷ．ｈ，月平均節(jié)電率為５３％，按目前工業(yè)電價(jià)０．６７元／ｋＷ．ｈ計(jì)，每月可以產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益２萬余元，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
（２）采用變頻調(diào)速技術(shù)后，電機(jī)定子電流下降６４％，電源頻率下降４０％，水泵出水壓力降低５７％。由（上接第３９頁）
于電機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速普遍下降，電機(jī)水泵運(yùn)行狀況明顯改善，延長了設(shè)備的使用壽命，降低了設(shè)備的維修費(fèi)用。同時(shí)，由于變頻器啟動和調(diào)速平穩(wěn)，減少了對電網(wǎng)的沖擊。
（３）采用變頻調(diào)速技術(shù)后，由于水泵出口閥全開，消除了閥門因節(jié)流而產(chǎn)生的噪音，改善了工人的工作環(huán)境。同時(shí)，克服了平常因調(diào)節(jié)閥故障對生產(chǎn)帶來的影響，具有顯著的社會效益。
（４）系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，參數(shù)超調(diào)波動范圍小，偏差能及時(shí)進(jìn)行控制。變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動調(diào)節(jié)，控制精度高，能保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。
（５）變頻調(diào)速器具有十分靈敏的故障檢測、診斷、數(shù)字顯示功能，提高了電機(jī)水泵運(yùn)行的可靠性。
 
綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行工藝安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對于提高勞動生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實(shí)意義,有著廣泛的應(yīng)用前景。