烟机设备抗变频干扰问题

摘 要 国内卷烟企业目前主流卷包设备主传动系统基本上由变频电机拖动，以适应生产过程对实时调速的要求。在实际使用过程中我们经常会发现设备的控制系统会产生各式各样的非正常故障，且故障现象会在特定条件下自行消失。经观察分析我们得出结论，变频电机在升降速频率变换区段会在动力电缆周围产生较强的高次谐波，进而形成交变磁场，严重干扰其他线路信号及数据的传输，其中最容易受到干扰的是那些小电流、小功率模拟信号、高分辨率信号以及直流控制信号。针对这种现象，经过长期观察分析，并不断进行实验，我们得到几个简便易行、投资较小、效果显著的解决方案。

关键词 升降速期间；高次谐波；变频干扰；干扰源；扰对象

中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0068-01

卷烟厂烟机设备主传动电机主要由变频器控制，变频线路在电机起、降速过程中往往对小电流模拟信号、直流电源、高分辨率信号造成严重干扰。下面结合烟机设备维修中的几个实例及其处理过程来谈一谈解决变频干扰的问题。

实例一：在生产中发现，每次机器启动升速及停机降速时不合格产品剔除装置都会误动作，其它情况下则没有。经观察，发现给剔除编码器供电的直流电源线路在频率变化时产生了高次谐波，应当是变频回路造成的干扰。处理过程中先后采用加套磁环、使用屏蔽电缆等措施都没效果，施工区间又不允许单独布线。最后尝试将直流0V接地，问题解决。实例二：工业现场总线PROFI-BUS网络经常掉线。此现象发生时没有任何规律，而且在生产线停止后短时间内能够自行恢复，因高架线槽中变频电机动力线与网线混铺，故判断为变频干扰。因此时现场条件已不允许重新布线，故决定采取其他措施。1.尽量把网线与动力线分开；2.在网线屏蔽电缆上重新做单端接地；3.在网线上加套磁环； 4.在变频器输出端加套磁环。经此处理后效果良好，网络掉线现象基本杜绝。实例三：西门子PLC本身经常会报“总线错误”故障，停机后在PLC上复位即好。与PLC进行PROFI-BUS通讯的工控一体机在设备运转过程中不能实现自动页面跳转，停机后现象立即消失。由于DP 网线与主电机变频动力线铺设在同一线槽内，故判断为变频干扰，工作现场同样无法实现单独布线。在加套磁环无效情况下，我们将DP电缆与PLC的连接插头拆下，在屏蔽外层上焊接上一根短粗导线，导线另一端直接接地，将插头插好紧固。经此处理后效果非常好，故障现象再未发生过。

综合以上几个案例，我们得出这样的结论：变频设备在频率变化过程中会产生较强的高次谐波，因此可能对周围其他线路产生电磁干扰，干扰对象包括交直流电源回路、进行数据通讯的网线、小电流模拟信号以及轴编码器之类的高速高分辨率元件。为了避免变频干扰造成的各种故障现象，我建议可以采取以下几项措施：1）在项目施工过程中尽量采用单独布线方式，将变频线路、交流电源回路与小功率配线分开，做好电磁隔离措施，防止电磁干扰，如现场环境要求必须线路混铺，则在定制线槽时于线槽内部单独设计一个小空间铺设干扰源电缆，此时要求每节线槽必须实现硬连接并可靠接地；2）在容易扰的线路两端加套磁环，最好线路电缆选用带金属屏蔽层的屏蔽电缆，在电缆铺设完毕后，一定要把屏蔽层可靠接地；3.在干扰源即变频器端加装屏蔽罩,变频输出端动力线加套磁环,变频动力线采用带屏蔽层的电缆并可靠接地，所有变频控制装置在安装时都应当尽量远离其他设备，有条件的话最好将变频器等单独安装在一个控制箱内，并为其输入输出电缆单独做一个线槽。（流程图如图1）

通过实施以上几种方案，我们可以用较小的资金投入基本解决烟机设备由于主电机升降速变频造成的电磁干扰，当然，电磁干扰的形成、种类、干扰目标是多种多样的，解决的办法也不仅于此，以上只是在设备维修过程中的经验之谈，各个实例均为真实，谨请参考。

注释：

①干扰源：在电力电子系统中能够产生较强电磁干扰波的一切设备。

②扰对象：在电磁干扰下不能正确执行其既定功能的设备。

③变频干扰：由交流电源进行工频变换时产生的高次谐波进而形成交变磁场，交变磁场会对

某些电子信号、交流电源和实时数据传输产生影响，破坏其正常工作状态。

④屏蔽：用加装屏蔽罩及屏蔽电缆屏蔽层可靠接地等方式实现对交变电磁场的可靠滤除。

⑤可靠接地：原则上应当用直径较大且长度较小的导体将接地设备与大地、机器外壳、电源进线等进行紧密连接。

⑥变频区间：变频器输出由零赫兹上升到指定频率或者由某一频率下降到零赫兹所经历的时段，在此阶段由于频率连续变化极易产生高次谐波电磁场。

⑦高次谐波：将非正弦周期信号按傅里叶级数展开，频率为原信号的两倍及以上的正弦分量，一般为整数倍。

⑧屏蔽电缆：在电缆外皮与导线之间或在电缆外皮外面加装一层网状金属屏蔽层，当此屏蔽层可靠接地后，能够将干扰磁场的电流导入大地。

参考文献

[1]电工学基础.

[2]晶闸管变流技术.

[3]变频与干扰.