变频器对控制板的干扰问题

在注塑机、电梯等的控制系统中，多采用微机或者PLC进行控制，在系统设计或者改造过程中，一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。由于用户自己设计的微机控制板一般工艺水平差，不符合EMC国际标准，在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制系统工作异常，因此需要采取必要措施。

(1) 良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地，微机控制板的屏蔽地，最好单独接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连[3]。

(2) 给微机控制板输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等，成本低。如图3所示，可以有效抑制传导干扰。另
外在辐射干扰严重的场合，如周围存在GSM、或者小灵通机站时，可以对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。

(3) 给变频器输入加装EMI滤波器，可以有效抑制变频器对电网的传导干扰，加装输入交流和直流电抗器L1、L2，可以提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。在某些电机与变频器之间距离超过100m的场合，需要在变频器侧添加交流输出电抗器L3，解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。一个行之有效的方法就是采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，并将钢管外壳或者电缆屏蔽层与大地可靠连接。请注意，在不添加交流输出电抗器L3时，如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，增大了输出对地的分布电容，容易出现过流。如图4所示，当然在实际中一般只采取其中的一种或者几种方法。

(4) 对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1M，跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果非要用模拟量控制时，建议一定采用屏蔽电缆，并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用V/F转换，光藕隔离再采用频率设定输入的方法。

ｒ——输出介质单位体积重量（ｋｇ／ｍ３　；
η——使用工况点的泵效率（％）。
可求出运行在Ｂ点泵的轴功率和Ｃ点泵的轴功率分别为：
ＰＢ＝Ｑ１Ｈ１ｒ／１０２η ２　
ＰＣ＝Ｑ１Ｈ２ｒ／１０２η ３　
两者之差为：
Δρ＝ＰＢ－ＰＣ＝Ｑ１Ｈ１－Ｈ２　ｒ／１０２η４　
也就是说，用阀门控制流量时，有ΔＰ功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，根据流量Ｑ、扬程Ｈ、功率Ｐ和转速Ｎ之间的关系，有：
由（５）式可知，流量Ｑ与转速Ｎ的一次方成正比；扬程Ｈ与转速Ｎ的平方成正比；轴功率Ｐ与转速Ｎ的立方成正比，即功率与转速成３次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，从而获得图１中ＢＣ区域大小的节能效果，这就是水泵调速节能原理。
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：
Ｎ＝６０ｆ１－ｓ　／ｐ ６　
式中：ｆ——水泵电机的电源频率（Ｈｚ）；
ｐ——电机的极对数；
由（６）式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。
２ 水泵变频调速控制系统的设计
变频调速器的控制可以是自动的，也可以是手动的。目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的。本水泵变频调速控制系统设计，根据工厂生产工艺上所需冷却水供水要求，考虑若干方面的因素，采用闭环调速控制。本水泵变频调速控制系统原理框图如图２所示。
系统主要由四部分组成：
（１）控制对象：电机功率１００ｋＷ，额定电流１８３Ａ；水泵配用功率１００ｋＷ，流量７９２ｍ／ｈ，轴功率８０．３ｋＷ，扬程３２．３ｍ。
（２）变频调速器：选用ＦＲＮ１１０／Ｐ９Ｓ－４，适配通用电动机功率１１０ｋＷ，额定容量１６０ｋＶＡ，额定电流２１０Ａ。一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的基本方法是：变频器额定输出电流大于１．１倍电动机的额定电流。
（３）压力测量变送器（ＰＴ）：选用ＤＬＫ１００－ＯＡ／０－１Ｍｐａ。用于控制水管出口压力，并将压力信号变换为４～２０ｍＡ的标准电信号，再输入调节器。
（４）调节器（ＰＩＤ）：选用ＷＰ～Ｄ９０５，输入信号４～２０ｍＡ，输出为ＰＩＤ控制信号４～２０ｍＡ。
系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对应的４～２０ｍＡ标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为３８０Ｖ／５０Ｈｚ的交流电变成输出为０～３８０Ｖ／０～４００Ｈｚ连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。
３ 运行效果分析
水泵电机装上变频调速器后，节能效果非常显著，经过实测，比未装变频器节约５３％左右的电能，而且生产工艺稳定。采用变频调速器前后实测的有关数据如表１、表２所示。
从表中数据对比结果分析可知：
（１）节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，减少了无功功率消耗。月平均节约电能３１９１８ｋＷ．ｈ，月平均节电率为５３％，按目前工业电价０．６７元／ｋＷ．ｈ计，每月可以产生直接经济效益２万余元，具有明显的经济效益。
（２）采用变频调速技术后，电机定子电流下降６４％，电源频率下降４０％，水泵出水压力降低５７％。由（上接第３９页）
于电机水泵的转速普遍下降，电机水泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。
（３）采用变频调速技术后，由于水泵出口阀全开，消除了阀门因节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平常因调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会效益。
（４）系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。
（５）变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。
 
综上所述，变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义,有着广泛的应用前景。