变频控制系统电磁干扰分析及对策.doc

变频控制系统电磁干扰分析及对策1引言电磁干扰对控制系统的可靠性，稳定性构成很大隐患如何防止电磁干扰，提高系统可靠性 是大家普遍关注的问题本文针对某水厂变频控制系统中涉及的变频器、流量计等设备的电 磁干扰问题进行分析，给出抗干扰措施，实际运行结果表明经过抗干扰处理后，系统通讯正常， 稳定性和可靠性大大提高2变频控制系统概述水厂设冇1个总站,8个分站组成总站与分站Z间采用无线传输、轮询方式通讯每个 分站均山一台PLC管理，负责与多台变频器通讯，实现对相关设备的控制和对模拟量的处 理系统结构框图如图1所示电台及PLC（可编程逻辑控制器）的供电电源分别来自于经控 制变压器隔离的AC 220V和DC 24Vo PLC为变频器通过RS・485总线通讯，从而实现对 泵的变频调速，恒圧供水图1水厂控制系统框图3 I：扰分析根据电磁的基本原理，形成电磁干扰（EMI）须具备三要素：电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统因此，一•般从抗和防两方面入手來抑制干扰，其总原则是抑制和消 除干扰源、切断干扰对系统的耦介通道、降低系统干扰信号的敏感性［1］结介水厂实际情 况，対干扰的三耍素进行分析3.1电磁T-扰源(1) 变频器干扰变频器是控制系统实现变频恒床供水的最关键部分。

变频器输入部分是整流电路，输出 部分是逆变电路，它们都是由起开关作用的非线性元件组成运行过程中，非线性元件要进 行快速开关动作，产牛高次谐波，从而使变频器输入电源和输出的电压波形和电流波形产牛 畸变，进而对其他设备和控制电路中的检测元件和控制器件产生T扰［2］［3］o(2) 电磁流量计干扰电磁流量计是根据法拉笫电磁感应定律制成的一种测量导电性液休休积流量的仪农，其 基本工作原理是电磁感应定律［4］因此电磁耦合、静电感应是电磁流量计产牛干扰噪声的 重耍來源［5］在电磁流量变送器中，rhr两电极的引线处于交变磁场中，当变送器通电后, 在引线的闭合冋路内就产生出感应电动势［4］这种干扰信号證加到测竝信号中，影响系统 的运行电磁流量计以数字脉冲量的形式输出累计流量，输出信号设有源和无源，本系统中, 设为DC 24V的有源输出［6］所以若与其他百流电源共地将产生干扰3.2电磁干扰途径为了抑止于扰源对其他设备、检测冗件、控制设备的十扰，必须从传播途径上将干扰切 断一般而言，电磁干扰传播的三个主要途径为辐射、传导、感应耦合1)辐射干扰以电磁千扰方式向空中幅射，辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射 阻抗以及干扰源的发射频率。

对于窩频谐波而言，辐射是其主要的传播方式［3］变频器作 为主耍的十扰源，在运行过程的输出电压、输岀电流含有大量的高次谐波，开关器件所作的 高速切换使辐射更加严重［7］相对于变频器而言，电磁流量计rh于不用作高速切换，作为数字输出的累计脉冲流量， 其输出的直流电压不超过24V,且脉冲速度不快因而其电磁辐射强度小2) 传导电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也对以通过阻抗耦合或接地回路耦合将 干扰带入其它电路与辐射干扰相比，传导干扰传播的路程可以更远［7］3) 感应耦合感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径当干扰源的频率较低时，干扰的电 磁波辐射冇限，该干扰源不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过干扰源输 入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产工感应耦合，在邻近导线或导体内感应岀干扰电 流或电圧⑴感应耦合以导体间的电容耦合的形式出现，也可以电感耦合的形式或电容、电感混合的形式 出现，因而有电流耦合、电感耦合、电容耦合［8］°感应耦合与干扰源的频率、与相邻导体 的距离以及设备供电电路等因素有关⑶［8］3.3对电磁干扰畋感的系统电磁干扰的存在影响设备的正常运行，对于敏感系统而言，电磁干扰将导致其发生致命 性错误。

本变频控制系统，当干扰严重时，导致PLC发出错误的控制命令，并使编程通讯 中断；同时干扰无线数传电台，使其发送信号出错；对于敏感的电了设备，强干扰会使设备 无法运行甚至损坏，如作为通讯转换使用的RS-485-RS-232转换器就出现多次损坏现彖 4抗干扰措施［从电磁干扰的三耍素來研究抗十扰措施是有效的途径4.1干扰源的抗干扰对于干扰源，一般采用屏蔽、接地等措施将十扰源的电磁十扰向外传播的可能性给切除 4.2传播过程的抗干扰对于传导而言，隔离干扰源是有效的措施当供电电源受污染后含有的谐波成分较大， 可以采用电抗器及滤波器有效地抑制干扰信号，良好的接地是提高抗干扰能力的重要措施对于辐対干扰，采用屏蔽线或穿管走线可以很好地降低辐射干扰，远离辐射源也是抗干 扰的一种有效办法耦合通过合理布线、有效屏蔽以及可靠接地等，可以人人捉髙抗干扰能力4.3对电磁干扰敏感系统的抗干扰对电磁干扰敏感的系统，如通讯系统、PLC等控制系统，采用屏蔽及洁净无污染的电源供 电能提高其抗干扰性能5水厂变频控制系统的抗干扰分析及解决措施在分析变频控制系统特点及电磁T扰原理的基础上，结合调试情况，分析了干扰原因并给出 相应的抗干扰措施。

5.1变频器抗干扰实例1： 一台PLC与2台变频器组成的控制网络，如图1所示当变频器停止时，系统 通讯止常单台变频器MPLC通讯止常两台变频器接入通讯网络后则系统通讯不止常 不能读取任何数据，拆除PLC中所冇模拟量信号并将供电电源隔离，通讯述不能建立 扌咅施：变频器产生的干扰传到通讯网络将通讯电缆屏蔽层单侧接地，系统不能建立通讯, 改成双端接地，通讯止常，系统稳定分析原因：变频器产生高频磁场干扰信号，在信号线 中感应电流，形成干扰，若电缆不接地或单端接地，不能将高频干扰泻放将屏蔽层双端接 地后，外界磁场在原來信号与地线构成的回路中产牛感应电流的同时，在屏蔽层与地线中也 构成冋路产生感应电流Is,同时导体中也产生了感应电流Is,但是这个电流与磁场在信号导体中感应的噪声电流方向是相反的这样就可以抵消磁场在信号导体上产牛的噪声电流, 起到屏蔽作用屏蔽层两端接地抑止外界磁场干扰的原理如图2所示[9]:Vout图2通讯电缆屏蔽层两端接地当屏蔽层的两端地电位不同或有外界磁场时，在屏蔽层中产牛电流Is,这时，信号回路 的电压方程为：其中，从自感定义知道：L=(p/I,由互感定义知道：M=(p/I,所以M二Ls,所以通过屏蔽层 两端接地町以抑止干扰。

但是通过屏蔽层接地也引入了噪声电压Rsls,将电缆屏蔽层和信 号地线分开，可以消除这种噪声对系统的影响实例2：在7#变频柜内(PLC和变频器处在同-•控制柜)，当变频器未运行时，系统 通讯正常变频器运行，T扰严重，上位机与PLC通讯中断，并且PLC有异常输出信号 变频器时启时停拆除PLCm所冇模拟量信号及开关量信号，使PLC只与变频器相连，系 统依然无法正常通讯措施：PLC供电电源受到干扰，对PLC采取隔离供电的同时调整供电电源布线，通讯有 所改善，但仍存在十扰后将PLC接地线拆除，系统通讯良好分析原因：变频器产牛的 谐波干扰传导到24VDC供电电源，同 时通过感应耦合干扰了供电电源线，控制系统不能止常通讯经隔离供电电源，有效地抑止 了传导干扰，缩短供电线路，使走线垂直于变频器输入输出线，减少耦合干扰处理后系统 通讯改善，但仍不能稳定工作，后将PLC接地线拆除，系统通讯良好原因：系统采用三相四线制供电，由丁-没有独立的地线，改动前的PLC地线其实是接到 了三相四线制的零线上，PLC地线有浮动电压存在，干扰严重，如图3所示［9］系统运行 时，A点电位为：，B点电位为：，电控系统中水泵等大功率设备的存在，当负载不平衡时, 零线电流很大，相对而言，PLC的地线电流很小，基本可以忽略，B点电压影响大。

PLC 地线悬空后，切除人功率设备对PLC的影响，通讯正常图3串连单点接地5.2流量计干扰实例：电磁流量计输出为4〜20mA的电流信号和DC 24V的数字脉冲信号系统工作时，电台有微弱的发射信号，PLC通讯受到较弱的干扰，拆除瞬时流量信号，干扰依然存 在把脉冲信号从PLC上移除，干扰消失走线布置如图4所示改功iW改动匚图4电源布线改动图分析原因：PLC输入走线，电磁流址计的脉冲信号的M端和24V直流供电电源的M端 共用，对于脉冲信号，其DC 24V电源由流量计供电，不同电源共地使系统工作不稳定流量传感器的交变励磁在传输线I••产牛■耦合干扰,流虽计输岀的脉冲信号含有大量的谐波成 分，这些十扰通过输出线传导出來,24V直流电源M端和脉冲信号线M端共用，把十扰传导到 供电电源220VAC,电台供电电源來自于AC 220V交流电源，因而也干扰了无线数传电台6结束语分析系统的干扰原因，给出合理有效且经济实用的抗干扰措施，系统经过半年多的现场 运行表明干扰人人降低，系统通讯基本正常，谋动作消除但是有时还出现通讯滞后现象, 耍想进一步提高抗十扰能力，需耍再增加一些抗于扰设备，如增加滤波环节，完善接地系统 等。