【導(dǎo)讀】由于變頻器的逆變部分高速開和關(guān)及變頻器開關(guān)電源部分開關(guān)管的高速開和關(guān)及時(shí)鐘,通訊部分電路的工作和傳輸,將產(chǎn)生非常大的輻射干擾信號。
注塑機(jī)和變頻器配套使用,可以達(dá)到節(jié)約能源(其節(jié)電率可達(dá)25%~65%),提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低油污染和噪聲污染,延長機(jī)器使用壽命等優(yōu)點(diǎn),從而得到了廣泛的應(yīng)用,為此采取成本低廉,合理實(shí)用的EMC解決方案,將成為保證設(shè)備正常可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。
注塑機(jī)電磁干擾的危害
(1)注塑機(jī)存在很多弱電信號電路,而這些弱電信號供電電路又與變頻器共用一個(gè)電源(通常,變頻器電源端在采取簡單的EMC措施后,其電源端傳導(dǎo)干擾還很大,如圖1所示。此時(shí)弱電信號電路將非常脆弱,如不采取措施往往將非常容易被干擾,特別是傳感系統(tǒng)反饋回來的信號(這個(gè)反饋回來的信號要求精度相當(dāng)高),稍被干擾,就會影響反饋信號的精度,從而使注塑機(jī)注塑不到位,影響設(shè)備的正常使用。
圖1:普通變頻器在采取簡單的EMC措施后電源端的傳導(dǎo)干擾頻譜圖
(2)由于變頻器的逆變部分高速開和關(guān)及變頻器開關(guān)電源部分開關(guān)管的高速開和關(guān)及時(shí)鐘,通訊部分電路的工作和傳輸,將產(chǎn)生非常大的輻射干擾信號,具體如圖2所示,如不采取措施,注塑機(jī)部分靠近變頻器的信號電纜及信號電路,將成為被干擾的受害對象,從而影響設(shè)備的正??煽窟\(yùn)行,如果變頻器或者周邊設(shè)備發(fā)射的信號頻率剛好與注塑機(jī)控制部分某根信號電纜形成一定比例,將有可能達(dá)到100%接收的可能性,這個(gè)時(shí)候?qū)⒎浅?膳拢盘栯娎|本身傳輸?shù)挠杏眯盘枌⒈桓蓴_信號覆蓋,從而使設(shè)備產(chǎn)生誤動作,如果信號電纜在空閑時(shí),就算沒有100%接收到干擾信號,其干擾信號被放大之后,也將可能使設(shè)備產(chǎn)生誤動作。
圖2:普通變頻器在采取簡單的EMC措施后, 天線在5m處接收到的輻射干擾頻譜圖
(3)其次還有諸如諧波干擾,閃爍干擾等。
注塑機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)常見EMC解決方案
常見EMC解決方案示意圖
常見EMC解決方案示意圖如圖3所示。
圖3:常見EMC解決方案示意圖
EMC解決方案圖原理分析
(1)關(guān)于選用磁環(huán)材料和串繞匝數(shù)
磁環(huán)1、2、4、5、6、7推薦使用錳鋅鐵氧體,串繞匝數(shù)越多越好,但也有飽和點(diǎn),主要用于抑制傳導(dǎo)干擾(由于錳鋅鐵氧體磁導(dǎo)率高,通過增加穿過磁環(huán)的匝數(shù),其磁導(dǎo)率更高,對低頻傳導(dǎo)干擾信號呈現(xiàn)阻抗也越大,此時(shí),由于寄生電容增加,其高頻阻抗減少,對高頻輻射干擾效果不明顯,故錳鋅鐵氧體一般用來抑制低頻傳導(dǎo)干擾)。
磁環(huán)3推薦使用鎳鋅鐵氧體,串繞匝數(shù)一般3匝左右即可,主要用于抑制高頻輻射干擾(同理,由于鎳鋅鐵氧體,磁導(dǎo)率低,低頻阻抗少,而高頻阻抗大,故鎳鋅鐵氧體主要用來抑制輻射干擾)。
還可以提到一個(gè)問題的是,在EMC調(diào)試中,經(jīng)常會發(fā)現(xiàn),當(dāng)在某根電纜串繞一個(gè)磁環(huán)時(shí),然后再去測試騷擾功率,此時(shí),可以從頻譜圖上發(fā)現(xiàn),某些頻率段的dB值減少,而某些頻率段的dB值反而增加了。在這里筆者可以這樣解釋:當(dāng)電纜穿過鐵氧體時(shí)的等效電路在低頻和高頻時(shí)是不同的,在低頻時(shí)主要呈電感特性,高頻時(shí)是隨頻率變化的電阻。我們知道,電感本身并不消耗能量,而僅儲存能量,因此,電感會與電路中的電容構(gòu)成諧振電路,使某些頻率上的干擾增強(qiáng),而電阻是要消耗能量的,從而從實(shí)質(zhì)上減少干擾。
(2)使用隔離變壓器的好處
● 隔離原副邊上的電氣連接,起到安全保護(hù)作用;
● 減少輸入端引入的干擾,同時(shí)對外界干擾也將減少。
(3)接地
在實(shí)際的EMC調(diào)試中,我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn),良好的接地有時(shí)可以起到意想不到的效果,但有時(shí),卻使干擾比之前更惡劣了,具體可以來看這樣一個(gè)例子(參見圖3),從傳感系統(tǒng)到變頻器AI1輸入端子間,通常使用屏蔽電纜,這時(shí)如果將屏蔽電纜單端接地到變頻器外殼地,我們往往會發(fā)現(xiàn),變頻器AI1輸入端子零漂更嚴(yán)重了,這樣形成的后果是,注塑機(jī)注塑不到位,無法完成注塑。這個(gè)時(shí)候,可以用非常簡單的道理來解釋這個(gè)原因:原本的出發(fā)點(diǎn)是通過屏蔽線接地,將屏蔽線上屏蔽的干擾信號導(dǎo)入到地,從而使屏蔽效果更好,但是此時(shí)糟糕的是,這個(gè)地已經(jīng)被其它共模干擾污染的相當(dāng)嚴(yán)重,這時(shí)原本比較干凈的屏蔽電纜,正好提供了部分共模干擾泄放的回路,使原本相對來說干凈的屏蔽電纜被共模干擾污染了,從而使干擾更加嚴(yán)重。所以圖3中從傳感系統(tǒng)到AI1端子間和DI1及故障輸出到控制系統(tǒng)間,采用屏蔽電纜,但屏蔽電纜不接地,這樣可以起到屏蔽磁場的作用(注意對磁場屏蔽時(shí)其屏蔽電纜可以不接地)。屏蔽電纜接地一般遵從以下原則:強(qiáng)電屏蔽電纜要求良好接地,二次電路通訊、反饋回路屏蔽電纜不能與強(qiáng)電電纜共用一個(gè)地,如果接地,就要接到相對干凈的地(電磁干擾較小的地)。
(4)濾波器的選用及使用注意事項(xiàng)
在選用濾波器時(shí),至少要知道五個(gè)參數(shù):
插入損耗(插入損耗有共模插入損耗和差模插入損耗之分),抑制頻率范圍,工作電壓范圍,額定工作電流,絕緣電壓等。
然后根據(jù)自己的需要進(jìn)行合理選擇。在安裝時(shí)注意以下事項(xiàng):
● 濾波器要就近靠近被濾波部分安裝;
● 濾波器的輸入輸出線不要靠得太近;
● 濾波器的接地端子要接到機(jī)箱或大金屬板上,最好是外殼大面積地貼在金屬機(jī)箱導(dǎo)電表面上。
變頻器應(yīng)用現(xiàn)場常用EMC對策
(1)在電機(jī)線30m內(nèi),可以考慮通過降低變頻器的載波來減輕干擾,這個(gè)辦法,有時(shí)候往往也是最容易操作,最無奈的辦法之一,通常將載波頻率控制在3kHz左右還是可以接受的(載波頻率減少,電機(jī)噪聲增大,而變頻器輸出線與線間漏電流減少)。
(2)檢查接地線
濾波器地一定要與被濾波部分良好地接到一個(gè)公共地上;
高頻信號電纜(300kHz以上的信號)采用多點(diǎn)接地,低頻信號電纜(300kHz以下的信號)采用單點(diǎn)接地,高低頻信號混合的地方采用混合接地;
斷開或接上接地線進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn);
加大接地面積,盡量減短接地線或者接地片。
(3)關(guān)鍵信號電纜分別串繞一個(gè)錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體磁環(huán),注意串繞磁環(huán)時(shí),一定要就近被干擾部分電路串繞。
(4)RST輸入加裝濾波器或串繞磁環(huán)。
(5)電機(jī)電纜長度超過100m的,加裝輸出濾波器或電抗器。
總之,現(xiàn)場的EMC調(diào)試與電路板上EMC調(diào)試完全不一樣,我們不可能在現(xiàn)場對電路板進(jìn)行整改。在現(xiàn)場,一定快速而準(zhǔn)確地定位問題點(diǎn),然后采取措施,這個(gè)時(shí)候,往往只是解決了表面上的問題,而電路板整改,通常要深究問題點(diǎn),然后從原理上去解決問題,說白了,這個(gè)時(shí)候,我們是要從根本上解決問題。同時(shí),無論是現(xiàn)場EMC調(diào)試還是電路板上的EMC調(diào)試,一定不要忽略每一個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié),有時(shí)往往是我們忽略的地方,卻能起到關(guān)鍵性的作用。