洗煤廠集中控制系統的電磁兼容


摘要

本文介紹了洗煤廠渣漿泵用變頻器干擾自動控制系統的實例分析及干擾處理方法。通過在變頻器輸入、輸出端加裝匹配的電源濾波器和在PLC電源輸入加裝有源濾波器,有效解決了變頻器干擾集中控制系統的誤動作問題。經過整機調試及試驗,全面解決了電磁兼容問題。

關鍵詞:電磁干擾 抑制措施 電磁兼容

1、引言

變頻器的應用日益普及,為各行業的工業自動化控制提供了良好的生產及工藝效益。但隨著自動化程度的不斷提高,自動化設備對電源污染的程度也越來越深,相應的對自動控制系統的干擾也越來越強,對電源濾波、凈化,取得相對穩定的綠色電源的要求也越來越高。

國際上對電磁兼容(EMCEMI)的設計及應用已有比較明確的法律及法規,對電子設備的干擾及被干擾、電源的諧波含量都有明確的規定。由于我國電子設備的自動化發展相對較慢,對其諧波含量對電網的污染還沒有一定的認識,因此這一方面的認知還沒有發展到法律化的程度。但是,在一些工業生產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簡介

為提高產量及生產效率,洗煤廠選用了集中控制系統,由工控機通過PLC控制電機起停,工控機到PLC到變頻器為420mA電流信號,主要4臺泵由變頻器控制(工藝要求),有2355KW變頻器和2132KW變頻器。設備調試時出現電機自動停機現象,包括4臺變頻器控制的4臺電機,原因為PLC誤動作;監視系統屏幕有花點,顯示圖象抖動較大。經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干擾所至,監視系統為輻射干擾所至。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射的電磁能量,能使共享同一環境的人或其它生物受到傷害,或使其它設備、分系統或系統發生電磁危害,導致性能降級或失效,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 敏感設備(Victim):是指當受到電磁騷擾源所發出的電磁能量的作用時,會受到傷害的人或其它生物,以及會發生電磁危害,導致性能降級或失效的器件、設備、分系統或系統。許多器件、設備、分系統或系統既是電磁騷擾源又是敏感設備。

系統要發生電磁兼容性問題,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 變頻器產生干擾的原因


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的工頻電源經三相橋路不可控整流成直流電壓信號,經濾波電容濾波及大功率晶體管開關元件逆變為頻率可變的交流信號。在整流回路中,輸入電流的波形為不規則的矩形波,波形按傅立葉級數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。在逆變輸出回路中,輸出電流信號是受PWM載波信號調制的脈沖波形,對于GTR大功率逆變元件,其PWM的載波頻率為23kHz 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、電磁耦合、二次輻射和邊傳導邊輻射等。根據現場線路鋪設分析主要途徑如圖2所示;

2 變頻器干擾的主要傳播途徑

從圖2可以看出,變頻器產生的輻射干擾對周圍的設備產生強烈的影響,傳導干擾使直接驅動的電機產生電磁噪聲,使得銅損、鐵損大幅增加,同時傳導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的諧波及高頻干擾,觀察設備運行狀態,偶爾還會出現電機自動停機現象;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。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,在監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防直接的傳導干擾。采用以上措施后,洗煤廠設備正常運轉(加載狀態下),監視系統顯示基本正常。

5、結束語

自動化控制系統應用越來越廣泛,如何使各單元設備正常工作互不干擾,除增強設備抗干擾能力外,線路鋪設、接地也很關鍵。

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