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1、抗干扰问题探讨（培训讲座）2007年12月6日,1，前言 随着变频器、伺服系统等电力电子器件的广泛使用，系统的电磁干扰、射频干扰等日益严重。相应的抗干扰设计和抗干扰措施已经变得越来越重要了。今天主要讨论一下通过“接地”手段对干扰的抑制问题。 正确有效的接地不但可以使系统有效的抑制外来干扰，也可以降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于电源零线（中性线、N线）、地线（系统接地、保护接地）不分，控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地、主回路传输线屏蔽地）连接混乱，大大降低了系统的抗干扰能力。,2，主回路接地问题,对于变频器等大功率电力电子器件的驱动设备来说，主回路端子上的PE接地，是抑制驱动器噪声
2、能力和减少干扰的重要手段。对于变频器来说，在电源输入侧为提高装置的抗干扰能力和防雷击能力均加有由电容和压敏电阻、放电管组成的滤波-防雷击网络。接地方式通常不是浮地和直接接地，而是通过电容提供对地通路。内部控制电路的屏蔽地也都接在PE端上，因此PE的连接情况直接影响到变频器的可靠性。在我国大多数地区，电力系统采用TN-C接地方式，有的用户干脆没有地线，就简单的将PE线接到零线上完事，在这种情况下，变频器输入侧的防浪涌电容及压敏电阻上的漏电流较大，达到几十甚至几百毫安，在接地情况不太好的情况下接地电阻过大，零线和地之间电压就会达到几十甚至上百伏，这样既不符合安全规定，也降低了系统的可靠性,因此，在
3、条件允许时，尽可能对主回路采用专用接地线（第 3种接地方式），变频器接地导线不应小于2.5mm2，并建议和其他动力线的接地线分开。,3，控制线屏蔽接地,3，1 在采用RS232/485和上位机通信时，最容易犯的错误是两点接地，由于接地点不在一起，不同接地点之间会出现电位差，在屏蔽线中形成回路，不仅起不到屏蔽作用，反而还带来干扰。特别在上位机一侧，一般用户没有专用接地，电源插座的接地端往往采用接零方式，这就会造成计算机或变频器损坏，在有些PC机或PLC中开关电源采用非隔离方式即使变频器侧单侧接地，也会使通信口损坏。通信线一般使用屏蔽线或双绞线时，到底是单点接地、还是双点接地？抑或是多点接地？,变
4、频器,PLC上位机,实践证明：,通信速率100KHZ以下时 选用单点接地效果较好采用 PROFIBUS,MODBUS等总线控制的高速率通信控制电缆的屏蔽层应选用多点接地，至少应当时两端接地。对于多点接地来说，另一个附加的好处是可以减少屏蔽层的静电耦合笼统地说，低频干扰严重时，屏蔽层采用单点接地 高频干扰严重时，屏蔽层采用多点接地另外，可用一根等电位线，将各个通信地串接起来，以提高抗干扰能力。,3，2 传感器信号的接地问题,控制系统中不可避免的要用到脉冲编码器，旋转变压器等进行速度或位置闭环，也可能由于工艺的需要，在生产线上安装有压力、温度、张力、流量等检测传感器。这些传感器有一个共同点，就是为
5、了提高抗干扰能力信号线均用了屏蔽线，而且屏蔽线在传感器内部与传感器外壳接在一起，当传感器安装在设备上时，如电机、管道，屏蔽层也就与这些设备相联接，这些传感器的屏蔽层又要和变频器或其他控制设备（如运动控制器、伺服驱动器）的PE端子连接，如果变频器或其他控制设备的接地不良（RE 过大）就会形成对地电流 IE 过大，严重时影响系统无法工作。 见下图示意,传感器,变频器或其它控制设备,PE RE,RE,PE,PE,生产设备,因此，采用外部传感器作闭环控制时, 距离较远时，外部设备、变频器或控制设备一定要保证可靠独立接地 或选用屏蔽层不与传感器外壳连接的传感器，只在变频器或其他控制设 备侧实施一点接地
6、距离较近时采用公共接地母线排接地，以保证传感器接地点和变频器 （或其他控制设备）接地点之间的电位差近似为零,4，模拟传感器（变送器）的屏蔽接地,实践证明，双绞线或双绞屏蔽线对于磁场的屏蔽效果明显优于单心屏蔽线，对于采用标准420mA、010V、15V、等信号控制变频器，驱动器的控制系统一定要使用双绞线或双绞屏蔽线，由于模拟信号频带较窄所以，屏蔽层在变频器或驱动器一侧单点接地就可以了。控制装置之间的信号电缆仅在分布电容大的一侧接地，这样可以减少信号电缆对分布电容的影响。实际应用中，一般在信号电缆较多的控制装置一侧实施接地。对于抗干扰要求非常高的设备，可采用双层静电屏蔽电缆，外层屏蔽接至屏蔽接地线
7、，内层屏蔽接至系统地线，系统地线可以是变频器外部控制隔离地、模拟控制地、或系统独立地线,为了便于信号的传输和变换，DINIEC381标准规定了允许的电流和电压值。常用的电压信号是0V10V，电流信号是0mA20mA或4mA20mA。这些信号常用于远距离传输。电压信号在传输过程中要受到诸如传输距离等条件的限制，而电流信号在传输过程中干扰对它的影响较小，因此应尽量采用电流信号。测量回路中如果有接地，在两个接地点之间会出现电位差。这个电位差对测量结果会产生很大的影响，应尽量避免其接地。但如果必须接地，这时就必须将接地回路隔离开，以避免造成测量误差。有源数字元件在开、关时会在电源线上产生一个快速的电流
8、变化，这个电流在导线电感上不仅会引起正的电压降，而且还会引起负的电压降。这种电压的改变被当作干扰在主线路上传输。另外，电源中的换向操作单元（如频率器）同样会产生干扰，这个干扰作为窄带频率能量耦合进入导线并传播。接在后边的电路必须将这些高频的干扰电压通过低通滤波器滤去,5，变送器尽量使用电流信号,软件滤波是智能传感器、仪器仪表所独有的，可对包括频率很低（如0.01Hz）的干扰信号在内的各种干扰信号进行滤波，而且一个 数字滤波程序能为多个输入通道共用。常用的软件滤波方法有： （1）平均值滤波，即把M次采样的平均值作为滤波器的输出， 也可以根据需要增加新鲜采样的值的比重，形成加权平均值滤波； （2）
9、中值滤波，即把M次连续采样值进行排序，取其中位值作为滤 波器的输出，这种方法对缓变过程的脉冲干扰滤波效果良好； （3）限幅滤波，这种方法是根据采样周期和真实信号的正常变化率 确定相邻两次采样的最大可能差值，将本次采样和上次采样的差 值小于等于的信号认为是有效信号，大于的信号作为噪声处理。,6，抗干扰的软件措施-软件滤波,7，其他变频器附件接地问题,由于目前使用的变频器多数是交-直-交电压型变频器，输入采用的是交流不可控整流电路，谐波大、功率因数低、对于电网污染严重，因此当要求输入功率因数较高时需加装直流电抗器或输入交流电抗器。如果为了减少变频器输出连线产生的射频干扰，需在输出和电机之间加装输出
10、交流电抗器，此电抗器还有降低输出端du/dt的作用，提高电缆的耐压。为了减少变频器对其他设备的干扰，要在变频器输入侧加装EMI滤波器以减少传导引起的干扰。这些附件建议在控制柜中设立公共接地母排,8，几点个人看法,8，1 3相4线制系统设备不能应用独立接地体，若使用独立接地体还必须将设备外壳可靠连接到电源的零线上,其原因是在TN-S系统的现场，PE独立接地虽可提高抗干扰能力，但是不能避免触电事故,用电设备,L1 L2 L3 N（PE),PE,独立接地体,8,2 关于机箱,变频器机箱不仅具有防护功能，而且对于防止电磁辐射也很重要。日本产品多是塑胶外壳，欧美产品外壳采用更符合EMC标准的板筋件或铸铝
11、件，对于壳内大功率器件如IGBT、TPM高速开通关断产生很大的du/dt带来的电磁辐射有较好的防护作用。因此选择变频器时要对性能、价格及电磁防护作一权衡。,8, 3 屏蔽线的连接方法,等电位连接线,PE,PE,控制线和串行通信电缆两端安装电缆夹，以保证尽可能好的电气连接 PLC 变频器底版,不许扭结，否则会增加高频下屏蔽丝网阻抗,8，4 系统地和保护地问题,对于小系统来说（我们所作的系统严格来说都是属于小系统）系统地和保护地不分是可以正常工作的，但对大系统来说，或要求较严格的场合必须将系统地和保护地分开保护地母线-与厂房内钢结构构件连接，实现良好接地。控制系统的系统地及屏蔽地-（第三种接地）通
12、过汇流排联接至符合要求的接地极单独接地。汇流排用大于25mm2的绝缘导线或镀绝缘漆铜排以保证一点接地，应保证系统地接地极和变压器零线等其他强电设备接地电极的距离大于15米,8，5 调整载波频率 （1015KHZ为宜）,现在的通用变频器差不多都以IGBT作为逆变器，这是一种双极型器件，截止频率可高达40KHZ，这种性能可使变频器PWM载波频率提高，输出波形更加良好，载波频率越低，高次谐波影响越大，电机电磁噪声越大，电流非正弦越严重，电机损耗就大，电机发热就严重，电机震动严重。但是载波频率升高逆变管的放大倍时要下降， du/dt增大，IGBT管寿命下降，而且通过对地电容产生很大的噪声电流，所以载波频率选取不宜过低，（载 波频率低能增大有效转矩）也不能过高。通过降低载波频率可降低对地噪声电流，有效减少干少，甚至在3khz使也能接受。,降低载波频率能减少输出侧谐波电流的辐射能力、电磁感应能力、静电感应能力。,谢谢,
