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合理實用的EMC設計是注塑機可靠運行的保證

發(fā)布時間:2013-03-05 責任編輯:Lynnjiao

【導讀】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。

注塑機和變頻器配套使用,可以達到節(jié)約能源(其節(jié)電率可達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,延長機器使用壽命等優(yōu)點,從而得到了廣泛的應用,為此采取成本低廉,合理實用的EMC解決方案,將成為保證設備正??煽窟\行的關(guān)鍵。
  
注塑機電磁干擾的危害
  
(1)注塑機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,其電源端傳導干擾還很大,如圖1所示。此時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(這個反饋回來的信號要求精度相當高),稍被干擾,就會影響反饋信號的精度,從而使注塑機注塑不到位,影響設備的正常使用。

普通變頻器在采取簡單的EMC措施后電源端的傳導干擾頻譜圖
圖1:普通變頻器在采取簡單的EMC措施后電源端的傳導干擾頻譜圖  

(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,從而影響設備的正常可靠運行,如果變頻器或者周邊設備發(fā)射的信號頻率剛好與注塑機控制部分某根信號電纜形成一定比例,將有可能達到100%接收的可能性,這個時候?qū)⒎浅?膳?,信號電纜本身傳輸?shù)挠杏眯盘枌⒈桓蓴_信號覆蓋,從而使設備產(chǎn)生誤動作,如果信號電纜在空閑時,就算沒有100%接收到干擾信號,其干擾信號被放大之后,也將可能使設備產(chǎn)生誤動作。

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
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。

常見EMC解決方案示意圖
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,主要用于抑制傳導干擾(由于錳鋅鐵氧體磁導率高,通過增加穿過磁環(huán)的匝數(shù),其磁導率更高,對低頻傳導干擾信號呈現(xiàn)阻抗也越大,此時,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)。
  
還可以提到一個問題的是,在EMC調(diào)試中,經(jīng)常會發(fā)現(xiàn),當在某根電纜串繞一個磁環(huán)時,然后再去測試騷擾功率,此時,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:當電纜穿過鐵氧體時的等效電路在低頻和高頻時是不同的,在低頻時主要呈電感特性,高頻時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,而電阻是要消耗能量的,從而從實質(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,起到安全保護作用;
● 減少輸入端引入的干擾,同時對外界干擾也將減少。
  
(3)接地
  
在實際的EMC調(diào)試中,我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn),良好的接地有時可以起到意想不到的效果,但有時,卻使干擾比之前更惡劣了,具體可以來看這樣一個例子(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輸入端子零漂更嚴重了,這樣形成的后果是,注塑機注塑不到位,無法完成注塑。這個時候,可以用非常簡單的道理來解釋這個原因:原本的出發(fā)點是通過屏蔽線接地,將屏蔽線上屏蔽的干擾信號導入到地,從而使屏蔽效果更好,但是此時糟糕的是,這個地已經(jīng)被其它共模干擾污染的相當嚴重,這時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電電纜共用一個地,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
  
在選用濾波器時,至少要知道五個參數(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)自己的需要進行合理選擇。在安裝時注意以下事項:
  
● 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箱或大金屬板上,最好是外殼大面積地貼在金屬機箱導電表面上。
 
變頻器應用現(xiàn)場常用EMC對策
  
(1)在電機線30m內(nèi),可以考慮通過降低變頻器的載波來減輕干擾,這個辦法,有時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公共地上;
高頻信號電纜(300kHz以上的信號)采用多點接地,低頻信號電纜(300kHz以下的信號)采用單點接地,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行現(xiàn)場試驗;
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錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體磁環(huán),注意串繞磁環(huán)時,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)場對電路板進行整改。在現(xiàn)場,一定快速而準確地定位問題點,然后采取措施,這個時候,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,然后從原理上去解決問題,說白了,這個時候,我們是要從根本上解決問題。同時,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細小的環(huán)節(jié),有時往往是我們忽略的地方,卻能起到關(guān)鍵性的作用。

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