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变频电梯的电磁干扰及消除方法

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有你就好 发表于 2020-2-21 15:17 | 显示全部楼层 |阅读模式

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由于变频调速具有回路简单、功率因素高、节省能源、起动平稳、调速范围宽等优点,所以使变压变频电梯得到了快速发展。变频电梯在客货电梯中占有极其重要的地位,给人们的生活、工作带来很多方便。但电梯变频线路和系统控制线路的电磁干扰及危害性人们尚不了解,电磁干扰尚未得到广泛的重视,英阿马岛之战中,英国谢非尔德号导弹驱逐舰,由于雷达与通信网络相互干扰,不能同时工作,恰遇阿根廷的飞鱼导弹来袭,造成舰毁人亡的惨剧。

1993年美国西北航空公司1架飞机上,因乘客使用调频收音机,使飞机导航系统故障,导航系统的指示发生偏离10度以上。差一点酿成重大悲剧。

在民兵I导弹飞行实验中,空中运行时发生爆炸。后经反复试验证实,弹头和绝缘单体之间发生静电放电,干扰脉冲破坏计算机正常工作,发生导弹炸毁事故。

从以上事故不难看出,电磁干扰具有很大的危害性。国家在GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》,首次提出电磁兼容性要符合EN12015和ENl2016中相关要求,表面上看是对电磁兼容性提出的要求,实际上就是对设备的抗电磁干扰能力提出相应要求。本文就电磁干扰对电梯控制系统和变频系统的影响,及如何解决进行分析探讨。

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1 电磁干扰

何谓电磁干扰?GJB/72?85《电磁干扰和电磁兼容性名词术语》中定义为“任何可能引起装置、设备或系统性能降低,或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象,被称为电磁干扰”。因此,对电梯变频系统及电梯控制系统在生产、设计、安装质量要求,应具有较强的抗电磁干扰能力和较小的电磁干扰性。GB7588?2003《电梯制造与安装安全规范》,首次提出电磁兼容性要符合EN12015和EN12016中相关要求,并对电梯的设计、制造、安装中的电磁兼容性好坏、抗电磁干扰强弱及电磁干扰的大小,现标准要求更严,质量要求更高。
2 电磁干扰的来源、分类及特点
2.1电磁干扰来源

电梯变频器大多运行在电磁环境中.同时作为电力电子设备,它们内部由电子元器件、微处理芯片等组成,最容易受到外界的电磁干扰;其次是电梯变频器中的输入部分产生的高次谐波和电梯变频器中逆变电路输出电压产生的高次谐波,此类谐波会使输入的电压波形和电流波形发生畸变而引发电磁干扰;输入和输出侧的电压、电流含有丰富的高次谐波,成为干扰源,除对变频器本身的干扰外,对其它电子设备也存在较强的有害干扰。

在电子线路中,电梯变频器作为电磁干扰源,同时也是电磁干扰的接受体,同样也会受到其他电子设备产生的电磁干扰,如常见的电磁干扰主要来源于电梯制动器线圈与磁芯吸合或释放;接触器、继电器及电气线路中电容、线圈工作过程中,控制电路及其它电路中产生的电磁干扰。
2.2电磁干扰分类

电磁干扰如按干扰类型分类,常见的有脉冲干扰和平滑干扰;若按干扰时间分类,又分为连续干扰、间歇干扰、瞬变干扰等。在变频电梯中最常见的电磁干扰是脉冲干扰、平滑干扰、连续干扰、瞬变干扰。

脉冲干扰??当电磁干扰通过谐振回路时,在回路中产生衰减振荡,其峰值比平均值大3~4倍以上,而干扰振荡在下一个干扰脉冲到来之前早已消失,且互不交迭,具有这种电磁干扰的为脉冲干扰。

平滑干扰??当电磁干扰通过谐振回路时,所产生的衰减震荡尚未消失。下一个干扰脉冲信号已经到来,各干扰脉冲交迭在一起,称为平滑干扰。

连续干扰是指电磁干扰长时间、持续不断的产生干扰;间歇干扰是指电磁干扰时间短,且断断续续的;瞬变干扰是指电磁干扰时间较短,但有周期性的特点。电磁连续干扰和瞬变干扰在电梯变频系统和控制系统比较常见,其危害性也相当大。
2.3电磁干扰的形式及特点

受到电磁干扰,常见的主要为直接干扰和噪声干扰。直接干扰是对一般电子线路、控制线路、变频装置的干扰,主要影响电梯变频器、控制系统的参数和稳定性,参数的改变和稳定性变异,其危害性非常大,往往会使电梯莫名其妙的停梯及不明原因的故障,给电梯运行安全带来严重隐患。此类干扰较常见,主要为电磁脉冲干扰或瞬变干扰。

有人说电磁干扰的产生也就是噪声的产生,此种说法非常现实,电磁干扰除对变频电梯的变频系统及控制系统产生直接干扰外,电磁干扰也会产生噪声干扰。电梯运行中电磁干扰产生的噪声,是最常见而且是最容易发现的。通常电梯变频器运行在一个可能存在着较高电磁干扰的电磁生产环境中,此时它即是噪声发射源,可能又是噪声接受器。所以,变频器和其它电子设备应具备较强的抗干扰能力,才能保证其主要参数不会改变,系统性能不会降低,保证控制系统的安全运行。电磁干扰产生的噪声常见的有3种形式,即电磁噪声、自然噪声、无线电噪声。在电梯检验中经常会发现,有些变频电梯的控制柜内,会出现一种连续不断“吱…吱…”的高频噪声,其频率一般在2000~6000 Hz之间或更高,这就是在电梯逆变电路中产生或控制电路中寄生电流产生的电磁干扰噪声。在逆变电源输出线路中,电机电缆和电机内部存在一个无形的寄生电容,变频器通过这个寄生电容产生一个高频脉冲噪声电流,此时变频器成为一个噪声源。

消除干扰,消除噪声,只是一种理想,目前尚无法绝对消除,只能通过一些技术手段,使电磁干扰减小,电磁干扰噪声降低。从前面噪声来源分析,由于有些噪声电流之源是变频器,因此,这个噪声电流一定要流回变频器,否则噪声电流将会严重干扰电梯电源电路和控制电路。这些干扰主要是脉冲干扰、连续干扰,这类干扰如不消除,其危害性非常大,电梯运行会出现上述不安全现象或故障。

在电梯检验工作中常会发现,大多数早期变频拖动电梯,其电动机电源线未增设屏蔽套线,线路中噪声电流无法通过屏蔽线和PE(接地保护下同)连接点有效返回,而诱发电磁干扰噪声。更有甚之,有部分变频器连接线、输出电源线都未加装屏蔽线,电磁干扰增大,也是电梯机房内电磁噪声增加的主要原因。
3 电磁干扰的消除方法及措施
3.1电磁干扰的消除方法

电梯控制系统及变频器系统要求有较强的抗干扰能力和较小的干扰性,首先要了解电磁干扰3个基本组成要素一电磁干扰源、耦合途径、敏感元件。在3个基本要素中,缺少任何1个要素都不会发生电磁干扰,然而,在正常电磁生产环境中,任何1个要素都不可能会缺少,因为电梯变频器、电子线路、控制线路的设计、制造、安装均已定型,设备、产品的抗干扰性和内在质量都已无法改变。如果要解决电磁干扰问题,日常工作中仅能对电磁干扰源、耦合途径采取相应措施,降低或减少电磁干扰。

抗电磁干扰常用的技术方法有屏蔽、接地、滤波、搭线、隔离、合理布线等。通过对电磁干扰源、耦合途径采取上述技术措施,可有效减少或消除电磁干扰。

在屏蔽技术中常用的有静电屏蔽、交变电磁场屏蔽、低频磁场屏蔽、高频磁场屏蔽。在电梯设计、安装中采用最多的是磁场屏蔽技术。

接地方法常用的有信号接地、设备接地、安全接地等。信号接地有多种,如悬浮接地(设备悬浮、电路悬浮接地)、单点接地(并联单点接地、改进并联接地)、混合接地(电源接地、信号接地)等。设备接地有单点接地、多点接地(设备多点接地、单元电路多点接地,射频部分需要多点接地)。安全接地有设备安全保护接地、接零保护接地、防雷安全接地。在电梯安装中,最常采用的是信号接地(单点、混合接地)、设备接地(单点、多点接地)、安全接地(设备安全保护接地、接零保护接地)。防雷接地在电梯安装中一般多不采用,要求在房屋建设中考虑保护性防雷接地。

提高电磁兼容性常采取的措施,是空间分离和时间分隔。空间分离是指控制空间辐射干扰的最有效方法,加大空间距离,例如电梯控制柜内的控制系统和变频系统进行分层布置,并在层层之间加大空间距离。时间分隔是利用有用信号在干扰信号停止发射时间内进行传输(一般是不易采用其它方法控制时,可以采用此方法)的技术措施,首先对有用信号和干扰信号出现时间进行确定,然后采用时间回避控制,利用有用信号在干扰信号停止发射时间内进行传输,利用时间差回避干扰。这种方法在电梯变频系统和控制系统一般不用。
3.2消除电磁干扰常采用的措施

(1)利用屏蔽技术减少电磁干扰。为有效的抑制电磁波的辐射和传导及高次谐波引发的噪声电流,在用变频器驱动的电梯电动机电缆必须采用屏蔽电缆,屏蔽层的电导至少为每相导线芯的电导线的1/10,且屏蔽层应可靠接地。

控制电缆最好使用屏蔽电缆;模拟信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线;不同的模拟信号线应该独立走线,有各自的屏蔽层。以减少线间的耦合,不要把不同的模拟信号置于同一公共返回线内;低压数字信号线最好使用双屏蔽的双绞线,也可以使用单屏蔽的双绞线。模拟信号和数字信号的传输电缆,应该分别屏蔽和走线。

(2)利用接地技术消除电磁干扰。要确保电梯控制柜中的所有设备接地良好,应使用短而粗的接地线.连接到电源进线接地点(PE)或接地母排上。特别重要的是,连接到变频器的任何电子控制设备都要与其共地,共地时也应使用短和粗的导线。同时电机电缆的地线应直接接地或连接到变频器的接地端子(PE)。上述接地电阻值应符合相关标准要求。

(3)利用布线技术改善电磁干扰。电动机电缆应独立于其它电缆走线,同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线,以减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰;如果控制电缆和电源电缆交叉时,应尽可能使它们按90°角交叉,同时必须用合适的线夹将电机电缆和控制电缆的屏蔽层固定到安装板上。

(4)利用滤波技术降低电磁干扰。利用进线电抗器用于降低由变频器产生的谐波,同时也可用于增加电源阻抗,并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的尖峰电压。进线电抗器串接在电源和变频器功率输入端之间。当对主电源电网的情况不了解时,最好加进线电抗器。在上述电路中还可以使用低通频滤波器(FIR下同),FIR滤波器应串接在进线电抗器和变频器之间。对噪声敏感的环境中运行的电梯变频器,采用FIR滤波器可以有效减小来自变频器传导中的辐射干扰。  
4 结束语

通过前面叙述,提高对电磁干扰的认识,了解电磁干扰的危害性,有利于变频调速电梯的安全运行,采用电缆线屏蔽、可靠接地、低通滤频器及变频器高频脉冲噪声电流回流及合理布线等技术措施和手段,对解决早期变频调速电梯因设计、制造、安装不规范,和近期利用变频拖动技术改造旧电梯中的电磁干扰问题,是目前较为普遍的做法。对变频调速电梯在设计、制造、安装过程中的电磁兼容性、抗电磁干扰能力及降低电磁干扰的过程控制,应作为电梯系统设计中综合考虑的一部分,使变频调速电梯产品符合GB7588-2003标准要求,是确保后期电梯安全运行的有效办法。电磁兼容性提高,电磁干扰降低,抗电磁干扰能力增强,电梯故障率减少,才能进一步使电梯安全平稳运行。


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