變頻器對控制板的干擾問題

在注塑機、電梯等的控制系統中，多采用微機或者PLC進行控制，在系統設計或者改造過程中，一定要注意變頻器對微機控制板的干擾問題。由于用戶自己設計的微機控制板一般工藝水平差，不符合EMC國際標準，在采用變頻器后，產生的傳導和輻射干擾，往往導致控制系統工作異常，因此需要采取必要措施。

(1) 良好的接地。電機等強電控制系統的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機控制板的屏蔽地，最好單獨接地。對于某些干擾嚴重的場合，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) 給微機控制板輸入電源加裝EMI濾波器、共模電感、高頻磁環等，成本低。如圖3所示，可以有效抑制傳導干擾。另
外在輻射干擾嚴重的場合，如周圍存在GSM、或者小靈通機站時，可以對微機控制板添加金屬網狀屏蔽罩進行屏蔽處理。

(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的傳導干擾，加裝輸入交流和直流電抗器L1、L2，可以提高功率因數，減小諧波污染，綜合效果好。在某些電機與變頻器之間距離超過100m的場合，需要在變頻器側添加交流輸出電抗器L3，解決因為輸出導線對地分布參數造成的漏電流保護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，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，容易出現過流。如圖4所示，當然在實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行電氣屏蔽和隔離。在變頻器組成的控制系統設計過程中，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。因為變頻器一般都有多段速設定、開關頻率量輸入輸出，可以滿足要求。如果非要用模擬量控制時，建議一定采用屏蔽電纜，并在傳感器側或者變頻器側實現遠端一點接地。如果干擾仍舊嚴重，需要實現DC/DC隔離措施。可以采用標準的DC/DC模塊，或者采用V/F轉換，光藕隔離再采用頻率設定輸入的方法。

ｒ——輸出介質單位體積重量（ｋｇ／ｍ３　；
η——使用工況點的泵效率（％）。
可求出運行在Ｂ點泵的軸功率和Ｃ點泵的軸功率分別為：
ＰＢ＝Ｑ１Ｈ１ｒ／１０２η ２　
ＰＣ＝Ｑ１Ｈ２ｒ／１０２η ３　
兩者之差為：
Δρ＝ＰＢ－ＰＣ＝Ｑ１Ｈ１－Ｈ２　ｒ／１０２η４　
也就是說，用閥門控制流量時，有ΔＰ功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關小，這個損耗還要增加。而用轉速控制時，根據流量Ｑ、揚程Ｈ、功率Ｐ和轉速Ｎ之間的關系，有：
由（５）式可知，流量Ｑ與轉速Ｎ的一次方成正比；揚程Ｈ與轉速Ｎ的平方成正比；軸功率Ｐ與轉速Ｎ的立方成正比，即功率與轉速成３次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方法，而是把電機轉速降下來，那么在轉運同樣流量的情況下，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，從而獲得圖１中ＢＣ區域大小的節能效果，這就是水泵調速節能原理。
變頻調速的基本原理是根據交流電動機工作原理中的轉速關系：
Ｎ＝６０ｆ１－ｓ　／ｐ ６　
式中：ｆ——水泵電機的電源頻率（Ｈｚ）；
ｐ——電機的極對數；
由（６）式可知，均勻改變電動機定子繞組的電源頻率ｆ，就可以平滑地改變電動機的同步轉速。電動機轉速變慢，軸功率就相應減少，電動機輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調速的節能作用。
２ 水泵變頻調速控制系統的設計
變頻調速器的控制可以是自動的，也可以是手動的。目前，國內在水泵控制系統中使用變頻調速技術，大部分是在開環狀態下，即人為地根據工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，以達到調速目的。本水泵變頻調速控制系統設計，根據工廠生產工藝上所需冷卻水供水要求，考慮若干方面的因素，采用閉環調速控制。本水泵變頻調速控制系統原理框圖如圖２所示。
系統主要由四部分組成：
（１）控制對象：電機功率１００ｋＷ，額定電流１８３Ａ；水泵配用功率１００ｋＷ，流量７９２ｍ／ｈ，軸功率８０．３ｋＷ，揚程３２．３ｍ。
（２）變頻調速器：選用ＦＲＮ１１０／Ｐ９Ｓ－４，適配通用電動機功率１１０ｋＷ，額定容量１６０ｋＶＡ，額定電流２１０Ａ。一般用于連續運轉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的標準電信號，再輸入調節器。
（４）調節器（ＰＩＤ）：選用ＷＰ～Ｄ９０５，輸入信號４～２０ｍＡ，輸出為ＰＩＤ控制信號４～２０ｍＡ。
系統的控制過程為：由壓力測量變送器將水管出口壓力測出，并轉換成與之相對應的４～２０ｍＡ標準電信號，送到調節器與工藝所需的控制指標進行比較，得出偏差。其偏差值由調節器按預先規定的調節規律進行運算得出調節信號，該信號直接送到變頻調速器，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連續可調電壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機。
３ 運行效果分析
水泵電機裝上變頻調速器后，節能效果非常顯著，經過實測，比未裝變頻器節約５３％左右的電能，而且生產工藝穩定。采用變頻調速器前后實測的有關數據如表１、表２所示。
從表中數據對比結果分析可知：
（１）節能效果非常顯著，采用變頻調速技術后，提高了電機的功率因數，減少了無功功率消耗。月平均節約電能３１９１８ｋＷ．ｈ，月平均節電率為５３％，按目前工業電價０．６７元／ｋＷ．ｈ計，每月可以產生直接經濟效益２萬余元，具有明顯的經濟效益。
（２）采用變頻調速技術后，電機定子電流下降６４％，電源頻率下降４０％，水泵出水壓力降低５７％。由（上接第３９頁）
于電機水泵的轉速普遍下降，電機水泵運行狀況明顯改善，延長了設備的使用壽命，降低了設備的維修費用。同時，由于變頻器啟動和調速平穩，減少了對電網的沖擊。
（３）采用變頻調速技術后，由于水泵出口閥全開，消除了閥門因節流而產生的噪音，改善了工人的工作環境。同時，克服了平常因調節閥故障對生產帶來的影響，具有顯著的社會效益。
（４）系統采用閉環控制，參數超調波動范圍小，偏差能及時進行控制。變頻器的加速和減速可根據工藝要求自動調節，控制精度高，能保證生產工藝穩定，提高了產品的質量和產量。
（５）變頻調速器具有十分靈敏的故障檢測、診斷、數字顯示功能，提高了電機水泵運行的可靠性。
 
綜上所述，變頻調速技術用于水泵控制系統，具有調速性能好、節能效果顯著、運行工藝安全可靠等優點。在大力提倡節約能源的今天，推廣使用這種集現代先進電力電子技術和計算機技術于一體的高科技節能裝置，對于提高勞動生產率、降低能耗具有重大的現實意義,有著廣泛的應用前景。