低压变频器频率信号传输衰减原因分析及解决措施.pdf

2023.7 下 EPEM 201电力安全Power Security低压变频器频率信号传输衰减原因分析及解决措施中节能（北京）节能环保工程有限公司 杨铭泽 白金财摘要：变频器具有优越的调速性能，并且通过变频应用还能取得良好的节能效果，因此变频器得到广泛的应用。本文通过对电厂低压变频器在实际运行中存在频率给定与反馈之间的偏差较大问题进行原因分析，并针对性地提出了解决措施，有效地解决了低压变频器频率给定与反馈之间的偏差较大问题，为保障低压变频器的现场有效应用提供了参考。关键词：低压变频器；频率；传导干扰；电磁干扰低压变频器因在低压工控系统中具备频率可调、节能等特点而得到了广泛应用，但因低压变频器内部基本是电子元器件，若运行在电厂复杂的电磁环境中，则会受到来自空间辐射干扰或者传导干扰，以及来自电源系统中非线性负载的谐波干扰等等，这都会对低压变频器造成不同程度电磁干扰，会造成低压变频器传输信号的衰减或失真。本文对一例应用于电厂的低压变频器频率给定与反馈之间的偏差较大问题进行分析，并提出了对应的解决措施，有效地解决了低压变频器频率给定与反馈之间的偏差较大问题，提高设备运行可靠性。本文中低压变频器应用于一台低压电机的变频调节，电机电压380V，功率315kW，在运行中运行操作人员通过在上位机向上调节频率，随着频率的升高，变频器的电流电压都在不断升高，当频率运行到40Hz 以上时，上位机给定的频率与反馈频率出现明细偏差，最大时偏差达到3.5Hz，不利于运行人员对电机实际运行频率的监视控制。因此，必须对这种频率较大偏差问题进行认真分析，找出解决对策，减小这种频率偏差在允许的范围内，实现运行操作人员对电机实际运行状态的有效监视控制。1 原因分析1.1 频率给定方式本文中低压变频器应用到两种频率给定方式，一种是电位器给定即通过调节外接的电位器给定频率，另一种是外部模拟量信号，即通过外接42信号给定频率。调节电位器给定频率应用于现地进行变频器的频率调节；外部模拟量信号，即通过外接420信号给定频率应用于远方控制调节频率。为了保证人身和设备安全，要求在低压变频器运行时，这两个模拟量通道不能同时起作用，即用电位器给定频率时，只有电位器给定频率起作用，外部模拟量信号给定频率不能起作用；用外部模拟量信号给定频率时同理。这通过低压变频器外围接一个转换开关即可实现这个目的，即就地/远方转换开关。在就地用电位器进行频率给定调节时，无论是向上升高频率还是向下降低频率，低压变频器显示装置上显示的频率既是给定值也是电机实际运行频率，其误差仅仅是此台低压变频器出厂试验时显示的频率值与标准测试仪测得实际频率之间的误差。当把转换开关由就地切换到远方时，通过远方启动低压变频器调节频率，在40Hz 位置向上调节时，上位机给定频率值与变频器反馈到上位机的频率值有较大偏差，最大时达到3.5Hz。1.2 低压变频器的谐波干扰根据低压变频器的工作原理，其是先将380V工频交流电源整流成直流，再将直流逆变为频率可调的交流，这整流逆变的过程对于供电电源来202 EPEM 2023.7 下电力安全Power Security说，低压变频器是一个典型的非线性负载，根据谐波产生的原理，当负载是非线性时，线路上就会产生谐波，这谐波对电源系统、电源系统上所接的负载或和这非线性负载连接的设备都会产生谐波干扰。当进行上位机给定频率和低压变频器向上位机反馈频率时，频率给定和频率反馈线缆均与低压变频器对应的定义端子连接，此时低压变频器的谐波干扰将会通过接在频率给定与反馈端子上的信号线缆传导到上位机控制系统的 AI 卡件，造成信号线缆上传输信号的畸变失真，这种干扰途径即为传导干扰。电厂为了调速和节能，在同个配电室中往往不止一台变频器在运行，当多台变频器在运行时，产生的谐波干扰对模拟量信号传输的影响将进一步叠加，因此必须采取措施有效抑制这种干扰。1.3 空间的辐射干扰通过外接42信号给定频率时，信号线沿途经过电缆沟、电缆桥架接至低压变送器控制柜，在其中穿过不同的空间，有低压开关柜室、电缆沟、电缆桥架、电子设备间，不同的空间存在着各种辐射干扰，这样信号线就会受到不同程度的辐射干扰1。辐射干扰是一种变化的电磁场，这个电磁场会对屏蔽效果不好的导体产生电磁干扰，如果是一个闭合回路，则会在闭合回路中产生干扰电流，而这个变化的干扰电流又会与其水平布置的线缆产生电磁耦合形成电磁感应干扰。同时，在从低压开关柜沿电缆沟、电缆桥架到电子设备间除了各种信号电缆外，还有不同规格的动力电缆沿线布置，动力电缆的电流变化会引起周围磁场的变化，此时如果存在有接地电位差、电缆屏蔽层连接不连续等情况，则其附近的信号电缆除了传输各类有效信息之外，还会通过与这些传输交流电流的动力电缆之间的电磁耦合产生无用信号，此类无用信号会叠加在信号电缆有用信号上形成干扰，造成控制信号的失真。不论是来自空间的辐射干扰或是来自周围动力电缆的电磁干扰，对于传输模拟量信号电缆都是一种不可忽视的干扰，比较有效的解决措施是采取屏蔽并进行良好接地。1.4 接地不良引起干扰为了有效抑制来自外部对低压变频器的电磁干扰，以及抑制对外发出干扰影响其他电子设备，良好可靠的接地是抑制干扰非常有效的手段之一2。通过检查低压变频器柜内各电缆屏蔽层的接地情况，发现有些电缆屏蔽层没有很好的接地或接地不紧固。这接地不良不仅使设备接地的接触电阻变大，造成回路中各点接地电位不一致，产生环流叠加到回路中造成干扰，同时因接地不良不能很好的将设备外壳因静电感应产生的电荷及时泄放到大地中而造成干扰。根据现场经验和理论分析，监视控制回路信号传输畸变或失真，大多与设备接地不良或断线等问题有关。2 解决对策及建议在电厂环境中，既有强电对弱电的干扰，又有非线性负载产生的谐波对电源系统或附近电子设备的干扰，同时还有来自外界的辐射干扰3，这些干扰源的组成及辐射是非常复杂的，要完全消除这些干扰是不可能的，但是可以通过采取多种有效的技术措施抑制干扰，确保电子设备和信号传输回路的信号传输正常，满足设备运行安全稳定的要求。经现场查看分析，采用外部模拟量进行频率给定时，引起给定频率与反馈频率之间偏差大的主要原因在排除低压变频器内部故障因素后，基本可确定为引起的主要原因系干扰引起，因此针对性采取抗干扰措施，具体主要采用如下解决措施。2.1 采用隔离器减小传导干扰在信号传输回路中设置信号隔离器，能够解决来自变频器谐波通过信号线进入控制电路的传导干扰，同时能够阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰，以及信号传输过程中空间电磁干扰在信号线上引起的传导干扰4。在此台低压变频调节控制应用系统中，控制中心与被控设备低压变频器之间布置于建筑物不同室内，控制系统 AI 卡件与低压变频器之间的模拟量传输不可避免地需要长距离传输，这样信号在传输过程中容易受到各种干扰，导致传输信号畸变或失真。为有效降低来自低压变频器自身的谐波干扰或者线路上的其他传导干扰，可采用信号传输不变但电气回路被切断为两个回路或多个回路的措施，这种措施即称为隔离措施。此次应用的是采用电压/电流隔离器进行电气回路隔离，其可将直流电压或电流信号经过隔离传送，转换成所需的信号给其他仪表。可以与单元组合仪表及 DCS、PLC 等系统配套使用，给予现场仪表信号隔离、信号转换、信号2023.7 下 EPEM 203电力安全Power Security分配、信号处理等，从而提高工业生产过程自动控制系统的抗干扰能力，保证系统的稳定性和可靠性，其接线原理图如图1所示。图1 信号隔离器接线原理图按照信号隔离器接线图将低压变频器中频率反馈信号接到信号隔离器，通过信号隔离器再把信号传输到 AI 卡件，远程中控室频率给定信号也进入信号隔离器然后接至低压变频器。2.2 进行良好接地减小电磁干扰从以上分析可知，良好的接地是抑制干扰非常有效的手段之一。既能够有效的将来自外界干扰产生的电荷通过接地向大地泄放，保证电子设备能稳定地运行；还可以抑制因不同接地电位产生环流引起的干扰5。因此，首先对信号传输回路上相关的设备如低压变频器的外壳接地、低压变频器内电子回路的接地以及屏蔽线缆的屏蔽均进行再次检查紧固接地，确保接地可靠，同时还要对一次回路的工作地、保护地进行检查紧固接地。2.3 进行参数设定调整为了低压变频器能够正常工作，参数的设定调整是非常重要的，但使用中往往因参数设定调整不符合负载使用的要求，造成低压变频器的使用达不到要求，或者出现低压变频器损坏。因此，在将电机的铭牌参数在低压变频器控制面板中进行设定输入外，还要根据低压变频器的控制模式进行对应的参数设定。对于使用用户的专业人员来时，需要认真阅读低压变频器使用说明书，按照使用说明书进行基本参数的设定检查核对外，还要对影响低压变频器频率给定与反馈值的参数值，能够根据说明书中模拟量给定与设定量的对应关系图进行调整，选取合适的参数值。经过多次调整参数跟踪低压变频器频率在上升下降过程中的给定与反馈间的数值，最后找到偏差最小值时的参数进行设定。2.4 定期检查维护电气设备运行过程中不可避免的存在振动造成接地端子、设备接线端子等松动或者脱落现象，影响设备的安全运行。因此，每逢停电检修时要对低压变频器及盘柜内进行清灰清扫，对低压变频器的冷却风扇以及盘柜滤网等进行清灰清扫，对低压变频器以及信号回路、电源回路、接地端子等端子进行检查紧固，发现异常立即处理。3 效果检查通过对低压变频器上位机给定频率与反馈频率之间存在较大偏差问题，进行认真分析，提出主要系低压变频器谐波引起的传导干扰、空间电磁干扰以及接地不良引起模拟量信号的衰减，对此针对性的提出了采用信号隔离器、改善接地以及进行参数的再调整等措施，经现场调试后上位机给定频率与反馈频率偏差缩小到在0.5Hz 以内。此方案的成功，为今后同类型问题的解决处理提供了行之有效的处理措施，值得推广应用。4 结语低压变频器在低压工业生产中的运用越来越广泛，不同场合其电磁干扰程度也不同，但不论是哪种干扰，如果干扰较为严重，将会造成电流、频率等信号传输过程的衰减或失真，因此在进行安装接线时，要严格按照规范要求做好线缆屏蔽的接地，以及低压变频器接地端子的良好接地。在文中对遇到的低压变频器频率信号的衰减问题进行了认真分析、详细排查，提出了多种解决措施，有效解决了此次低压变频器通过外部模拟量调节频率时频率给定与反馈之间偏差较大问题，更有利于运行人员对低压变频器以及低压电机的运行状态的监视控制，同时也为同类型运行环境的低压变频器电磁干扰的解决提供参考和依据。参考文献1 姚冬 梅.变 频器的 EMC 测试分析 J.电气 应用,2012,20.2王明群,牛明峰.电气控制系统中的变频器应用J.集成电路应用,2020,3.3张艳梅.PLC 控制系统的电磁干扰来源和抗干扰设计 J.科技创新与应用,2016,26.4 叶小平.变频器应用中问题分析及对策思考 J.电气开关,2021,4.5司炜.浅议工业控制自动化系统的若干干扰问题J.科技创新与应用,2012,27.