西门子6ES7214-1AD23-0XB8代理直销

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1 引言

变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种：对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰；对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。

2　变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

2.1　主要电磁干扰源

电磁干扰也称电磁 （EMI），是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电生波形畸变，从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电；浪涌、跌落；尖峰电压脉冲；射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

2.2　电磁干扰的途径

变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电磁辐射、传导、感应耦合。具体为：①对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；②对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加，并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备；③变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。

（1）电磁辐射

变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术，当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换（dv/dt可达1kV/μs以上）所引起的辐射干扰问题相当**。
当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞，则辐射强度与干扰信号的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

（2）传导

上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是：接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络，并沿着其它的配电变压器较终又进入民用低压配电网络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

（3）感应耦合

感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

3　抗电磁干扰的措施

据电磁性的基本原理，形成电磁干扰（EMI）须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是较基本和较重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

（1）隔离

所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

（2）滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。

（3）屏蔽

屏蔽干扰源是抑制干扰的较有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线较好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

（4）接地

实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。
单点接地指在一个电路或装置中，只有一个物理点定义为接地点。在低频下的性能好；多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它较近的接地点。在高频下的性能好；混合接地是根据信号频率和接地线长度，系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有**接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发，必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻取值<100Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器，选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定，一般情况下采用为好。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。图1为一般变频调速传动系统抗干扰所采取措施。

以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。

（5）正确安装

由于变频器属于精密的功率电力电子产品，其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为较低温度-10℃，较高温度不超过50℃；变频器的安装海拔高度应小于1000m，超过此规定应降容使用；变频器不能安装在经常发生振动的地方，对振动冲击较大的场合，应采用加橡胶垫等防振措施；不能安装在电磁干扰源附近；不能安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污染的环境；不能安装在潮湿环境中，如潮湿管道下面，应尽量采用密封柜式结构，并且要确保变频器通风畅通，确保控制柜有足够的冷却风量，其典型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允许的温升值。安装工艺

要求如下：

①　确保控制柜中的所有设备接地良好，应该使用短、粗的接地线（较好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低）连接到公共地线上。按国家标准规定，其接地电阻应小于4欧姆。另外与变频器相连的控制设备（如PLC或PID控制仪）要与其共地。

② 安装布线时将电源线和控制电缆分开，例如使用独立的线槽等。如果控制电路连接线必须和电源电缆交叉，应成90°交叉布线。

③　使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时，确保未屏蔽之处尽可能短，条件允许时应采用电缆套管。

④ 确保控制柜中的接触器有灭弧功能，交流接触器采用R-C抑制器，也可采用压敏电阻抑制器，如果接触器是通过变频器的继电器控制的，这一点特别重要。

⑤　用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。

⑥　如果变频器运行在对噪声敏感的环境中，可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到较优效果，滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。

4　变频控制系统设计中应注意的其他问题

除了讨论的几点以外，在变频器控制系统设计与应用中还要注意以下几个方面的问题。

（1）在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少可能产生的电磁辐射干扰。在实际工程中，由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独布置的位置，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间。

（2）变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护，但切记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将造成过电压而损坏内部元件。

（3）控制变频调速电机启/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器实现启/停。否则，频繁的操作可能损坏内部元件。

（4）尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之间必须的控制线外，其它如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24Ｖ直流电源，而生产厂家为了节省一个直流电源，往往用一个直流电源分两路分别对两个系统供电，有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰，所以在设计中或订货时要特别加以说明，要求用两个直流电源分别对两个系统供电。

（5） 注意变频器对电网的干扰。变频器在运行时产生的高次谐波会对电网产生影响，使电网波型严重畸变，可能造成电网电压降很大、电网功率因数很低，大功率变频器应特别注意。解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节功率因数，同时可以根据具体情况在变频器电源进线侧加电抗器以减少对电网产生的影响，而进线电抗器可以由变频器供应商配套提供，但在订货时要加以说明。

（6）变频器柜内除本机**的空气开关外，不宜安置其它操作性开关电器，以免开关噪声入侵变频器，造成误动作。

（7）应注意限制较低转速。在低转速时，电机噪声增大，电机冷却能力下降，若负载转矩较大或满载，可能烧毁电机。确需低速运转的高负荷变频电机，应考虑加大额定功率，或增加辅助的强风冷却。

（8）注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分，电机转矩中含有脉动分量，有可能造成电机的振动与机械振动产生共振，使设备出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后，利用变频器频率跳跃功能设置，躲开共振频率点。

(1) AEG Multiverter122/150-400变频器在启动时直流回路过压跳闸

这台变频器并非每次启动都会过压跳闸。检查时发现变频器在上电但没有合闸信号时，直流回路电压即达360V，该型变频器直流回路的正极串接1台接触器，在有合闸信号时经过预充电过程后吸合，故怀疑预充电回路IGBT性能不良，断开预充电回路IGBT，情况依旧。用万用表检查变频器输出端时其对地阻值很小，查至现场发现电机接线盒被水淋湿，干燥处理后，变频器工作正常。

由于电机接线盒被水淋湿,直流回路负极的对地漏电流经接线盒及变频器逆变器中的续流二极管给直流回路的电容充电，这种情况合闸通常理解应该为过流跳闸而实际为过压跳闸。本人认为，启动时变频器输出电压和频率是逐渐上升的，电机被水淋湿后，会造成输出电流的变化率很高，从而引起直流回路过压。

(2) 控制辊道电机的AEG Maxiverter-170/380变频器出现速度反馈值大于速度设定值经观察发现:

a) 在轧钢过程中不存在这种情况，当钢离开辊道后，才出现这种情况;

b) 当速度反馈值大于速度设定值时，直流回路电压为额定电压的125%，超过115%的极限设定值;

c) 变频器的进线电压已超过上限;

在轧钢过程中，该变频器控制的辊道电机将升速，当钢离开辊道后辊道电机速度降至原来的速度，因这台变频器未装设制动装置，减速时是通过电压调节器限制制动电流以保持直流回路电压不超过115%的极限设定值(缺省值)，因进线电压过高，直流回路电压超过了设定的极限值，在减速时电压调节器起作用，造成制动电流很小，电机转速降不下来，而在轧钢时，电网的负载加重，直流回路电压低于115%的极限设定值，制动功能恢复正常。在当时无法降低电网电压的情况下，将直流回路电压极限设定值增至127% 后，变频器工作正常。在停产检修时，我们根据电网的情况改变了变压器的档位，使变频器的进线电压在允许的范围内，此后变频器工作正常。

(3) AEG Multiverter22/27-400变频器上电后，操作面板上的液晶显示屏显示正常，但ready指示灯不亮，变频器不能合闸

查看变频器菜单中的故障记录时未发现有故障，而对操作面板上各按键的操作在事件记录中则有记录。检查变频器内A10主板、A22电源板上的LED指示灯均正常，用试电笔测变频器的进线电源，发现有一相显示不正常，用万用表测量三相结果为:Vab=390V，Vac=190V，Vbc=190V。经检查系进线端子排处接触不良。

ready指示灯是变频器内各种状态信息的综合反映，当它不亮时示维护人员注意变频器尚未就绪 。此时在进线电源不正常时变频器的故障记录中未能反映未就绪的原因，可能与电路的设计有关。

(4) 调试过程中西门子MIDIMASTER Vector(22kW)变频器启动后即过流跳闸

变频器供货方与被控设备的供货方因沟通上的原因，在容量上不匹配(电机功率为30kW)。将变频器的控制模式选为矢量控制，在输入电机参数时，变频器自动将电机的额定电流60A限定在45A，电机铭牌上无功率因数的大小，按变频器手册的要求，将其设定为0，在作自动辨识(P088=1)后启动电机时，变频器过流跳闸。考虑到匹配上的原因，将控制模式改为V/F控制，情况依旧。后检查电机参数时，发现功率因数为1.1，将其改为0.85后，变频器工作正常。

因容量不匹配，变频器依据输入的电机参数进行计算时会产生不正确的结果，在遇到这种情况而暂时无法解决匹配问题时，一定要在自动辨识后检查是否存在不合适的参数。

(5) 西门子6SE70系列变频器的PMU面板液晶显示屏上显示字母“E”

出现这种情况时，变频器不能工作，按P键及重新停送电均无效，查操作手册又无相关的介绍，在检查外接DC24V电源时，发现电压较低，解决后，变频器工作正常。

变频器操作手册上的故障对策表中介绍的皆为较常见的故障，在出现未涉及的一些的代码时应对变频器作全面检查。

(6) 西门子MM420/MM440变频器的AOP面板仅能存储一组参数

变频器选型手册中介绍AOP面板中能存储10组参数，但在用AOP面板作第二台变频器参数的备份时，显“存储容量不足”。解决办法如下:

a) 在菜单中选择“语言”项;

b) 在“语言”项中选择一种不使用的语言;

c) 按Fn+Δ键选择删除，经提示后按P键确认;

这样，AOP面板就可存储10组参数。造成这种现象的原因可能是设计时AOP面板中的内存不够。

(7) ABB ACS600变频器在运行时直流回路过压跳闸

该变频器配置有制动斩波器和制动电阻，但外方调试人员在调试时将电压控制器选择为ON而未使用制动斩波器和制动电阻。在直流回路过压跳闸后将斩波器和制动电阻投入，结果跳闸更加频繁。变频器操作手册上对直流回路过压原因的解释通常有2点:

a) 进线电压过高;

b) 减速时间太短;

因该变频器已投入运行2个月，且跳闸时进线电压在允许的范围之内，其它变频器工作正常，结合以前处理变频器故障时对直流回路过压的认识，认为在使用电压控制器调节回馈电流防止直流回路过压的情况下，负载电流的变化率过大是引起过压的一个重要原因，到现场查看被控设备时，发现有一块物料卡在传送带的间隙中，后，变频器工作正常。拆开变频器外壳检查，发现制动斩波器上设有三档进线电压选择装置(400V、500V、690V)以适应不同的进线电压，其中短接环插在690V档上，这样就造成制动斩波器和制动电阻投入工作的门槛值过高而在进线电压为400V的ACS600变频器中未起作用，将短接环移至400V档，通过减少减速时间试验，制动斩波器和制动电阻工作正常。