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SIEMENS潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司

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變頻器輸入端電源濾波器是采用高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁心及鐵粉芯，配接一定的電容，構(gòu)成LC濾波器，將變頻器產(chǎn)生的高次諧波（在某一頻帶內(nèi)的）濾掉，而使臨近或同一電網(wǎng)工作的電器設(shè)備不受干擾，能夠正常工作。其原理圖如圖1所示。

　　                                                          圖1 輸入濾波器電路原理圖

　　變頻器輸出端電源濾波器采用電感（L）濾波，抑制變頻器輸出的傳導(dǎo)干擾和減少輸出線上低頻輻射干擾，使直接驅(qū)動的電機電磁噪聲減小，使電機的銅損、鐵損大幅減少。其原理圖如圖2所示。

　購買了該類濾波器后，我們?nèi)ガF(xiàn)場進行了調(diào)試。由于對該類現(xiàn)場接觸較少，技術(shù)人員準備不太充分，雖然增加了濾波器，但濾波效果仍不理想，在重載時仍存在干擾，DCS系統(tǒng)不能正常工作，變頻器仍無法運行。于是我們對問題做了具體的分析。

　　變頻器產(chǎn)生干擾的原因

　　                                                                  圖3 變頻器主電路圖

　　變頻器主電路一般是交流—直流—交流模式見圖3，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調(diào)制的脈沖波形，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。

　　變頻器干擾的主要傳播途徑

　　變頻器工作時，作為一個強大的干擾源，其干擾途徑一般分為輻射、傳導(dǎo)、電磁耦合、二次輻射和邊傳導(dǎo)邊輻射等。主要途徑如圖4所示：

　　                                                      圖4變頻器干擾的主要傳播途徑

　　從上圖可以看出，變頻器產(chǎn)生的輻射干擾對周圍的無線電接收設(shè)備產(chǎn)生強烈的影響，傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動的電機產(chǎn)生電磁噪聲，使得銅損、鐵損大幅增加，同時傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對電源輸入端所連接或鄰近的電子敏感設(shè)備有很大的影響。

　　針對這兩次調(diào)試情況和變頻器產(chǎn)生干擾及干擾的途徑，我們聯(lián)合電源濾波器生產(chǎn)廠商的工程師進行了分析總結(jié)，并與北京康拓生物工程有限公司的工程師多次進行了溝通，了解了其工作原理、布線情況，分析認為主要還是變頻器輸入端產(chǎn)生的高頻諧波造成的干擾。因裝變頻器后，變頻器的輸入線在原動力線槽內(nèi)，而輸出線不在線槽內(nèi)，離電機也比較近。再者，原布線系統(tǒng)不太合理，動力線槽與控制線槽距離較近，只有20cm，按規(guī)定應(yīng)不少于50cm，且兩線槽平行走線，這些都是比較忌諱的。變頻器的地線接的也不太合理，接在了電源線的走線槽上，線槽的作用一是支撐電源線、二是起屏蔽的作用，變頻器的干擾又通過地線到了線槽上。變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過變頻器的輸入線和地線輻射到其它設(shè)備的電源線和信號線上（尤其是比較敏感的傳感器的信號線。這里強調(diào)一點：我們的變頻器與DCS控制系統(tǒng)不是同一臺變壓器給電，可以排除直接傳導(dǎo)干擾），干擾了控制系統(tǒng)的正常工作。

　　分析這些問題，由于原布線系統(tǒng)已成定型，再動幾乎是不可能，因此改變電源線和信號線布線的想法應(yīng)予以排除，變頻器地線可以另走，拉一根地線直接接至配電室電控柜的地線上，對變頻器的輸入端再加強濾波措施，按理論問題應(yīng)于解決。

在現(xiàn)場原發(fā)酵罐停車后，我們在原濾波器基礎(chǔ)上又增加了一套共模及差模磁環(huán)，在輸入、輸出每相線上各套二個差模環(huán)，在輸入的三根相線上套兩個共模磁環(huán)，并將地線接至配電室的地上。這樣處理后開機運行，在電機空載的情況下運行正常，沒有出現(xiàn)干擾報警現(xiàn)象。

　　帶載運行時，305、307罐出現(xiàn)干擾報警。將地線改至控制307罐（該罐已使用變頻器，線槽內(nèi)走的是該變頻器的輸出線）變壓器的地線上，305罐不再干擾報警，但307罐仍間隔幾分鐘出現(xiàn)干擾報警現(xiàn)象，分析可能是兩臺變頻器產(chǎn)生的共模干疊加所至，也可能是地線放在動力線槽內(nèi)，走線較長引起的，于是在地線上加裝地線濾波器，但效果也不太好。后來將地線拆除（經(jīng)測量變頻器整機漏電流很小，對人體不會造成危害，所以可以將地線拆除），效果好一些，但報警現(xiàn)象也是間斷出現(xiàn)，這樣分析應(yīng)該不是地線引起的，還是輸入端的濾波措施不夠，沒有將高頻干擾濾除干凈。因此停機，在輸入的每相線上再加兩只差模環(huán)，在三條輸入相線上再套三個共模環(huán)，這樣開機運行，工作正常，整個系統(tǒng)不再出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。系統(tǒng)處理后的框圖如圖5所示。

SIMATIC S7-1200 系列包括以下模塊：
性能分級的不同型號緊湊型控制器，以及豐富的交/直流控制器。
各種信號板卡（模擬量和數(shù)字量），用于在 CPU 上進行經(jīng)濟的模塊化控制器擴展，同時節(jié)省安裝空間。
各種數(shù)字量和模擬量信號模塊。
各種通信模塊和處理器。
帶 4 個端口的以太網(wǎng)交換機，用于實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)拓撲
SIWAREX 稱重系統(tǒng)終端模塊
PS 1207 穩(wěn)壓電源裝置，電源電壓 115/230 V AC，額定電壓 24 VDC
機械特性
堅固、緊湊的塑料機殼
連接和控制部件易于接觸，并由前蓋板提供保護
模擬量或數(shù)字量擴展模塊也具有可拆卸的連接端子
設(shè)備特性
標準：
SIMATIC S7-1200 符合 VDE、UL、CSA 和 FM（I 類，類別 2；危險區(qū)組別 A、B、C 和 D，T4A）。生產(chǎn)質(zhì)量管理體系已按照 ISO 9001 進行認證。