【導(dǎo)讀】變頻電梯在客貨電梯中占有極其重要的地位，給人們的生活、工作帶來(lái)很多方便。但電梯變頻線路和系統(tǒng)控制線路的電磁干擾及危害性人們尚不了解，本文就電磁干擾對(duì)電梯控制系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)的影響，及如何解決進(jìn)行分析探討。
由于變頻調(diào)速具有回路簡(jiǎn)單、功率因素高、節(jié)省能源、起動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，所以使變壓變頻電梯得到了快速發(fā)展。變頻電梯在客貨電梯中占有極其重要的地位，給人們的生活、工作帶來(lái)很多方便。但電梯變頻線路和系統(tǒng)控制線路的電磁干擾及危害性人們尚不了解，電磁干擾尚未得到廣泛的重視，英阿馬島之戰(zhàn)中，英國(guó)謝非爾德號(hào)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦，由于雷達(dá)與通信網(wǎng)絡(luò)相互干擾，不能同時(shí)工作，恰遇阿根廷的飛魚(yú)導(dǎo)彈來(lái)襲，造成艦毀人亡的慘劇。
1993年美國(guó)西北航空公司1架飛機(jī)上，因乘客使用調(diào)頻收音機(jī)，使飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)故障，導(dǎo)航系統(tǒng)的指示發(fā)生偏離10度以上。差一點(diǎn)釀成重大悲劇。
在民兵I導(dǎo)彈飛行實(shí)驗(yàn)中，空中運(yùn)行時(shí)發(fā)生爆炸。后經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)證實(shí)，彈頭和絕緣單體之間發(fā)生靜電放電，干擾脈沖破壞計(jì)算機(jī)正常工作，發(fā)生導(dǎo)彈炸毀事故。
從以上事故不難看出，電磁干擾具有很大的危害性。國(guó)家在GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》，首次提出電磁兼容性要符合EN12015和ENl2016中相關(guān)要求，表面上看是對(duì)電磁兼容性提出的要求，實(shí)際上就是對(duì)設(shè)備的抗電磁干擾能力提出相應(yīng)要求。本文就電磁干擾對(duì)電梯控制系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)的影響，及如何解決進(jìn)行分析。
電磁干擾
何謂電磁干擾?GJB／72—85《電磁干擾和電磁兼容性名詞術(shù)語(yǔ)》中定義為“任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低，或者對(duì)有生命或無(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象，被稱為電磁干擾”。因此，對(duì)電梯變頻系統(tǒng)及電梯控制系統(tǒng)在生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、安裝質(zhì)量要求，應(yīng)具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力和較小的電磁干擾性。GB7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》，首次提出電磁兼容性要符合EN12015和EN12016中相關(guān)要求，并對(duì)電梯的設(shè)計(jì)、制造、安裝中的電磁兼容性好壞、抗電磁干擾強(qiáng)弱及電磁干擾的大小，現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求更嚴(yán)，質(zhì)量要求更高。
電磁干擾的來(lái)源、分類及特點(diǎn)
電磁干擾來(lái)源
電梯變頻器大多運(yùn)行在電磁環(huán)境中．同時(shí)作為電力電子設(shè)備，它們內(nèi)部由電子元器件、微處理芯片等組成，最容易受到外界的電磁干擾；其次是電梯變頻器中的輸入部分產(chǎn)生的高次諧波和電梯變頻器中逆變電路輸出電壓產(chǎn)生的高次諧波，此類諧波會(huì)使輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變而引發(fā)電磁干擾；輸入和輸出側(cè)的電壓、電流含有豐富的高次諧波，成為干擾源，除對(duì)變頻器本身的干擾外，對(duì)其它電子設(shè)備也存在較強(qiáng)的有害干擾。
圖題：電梯變頻器
在電子線路中，電梯變頻器作為電磁干擾源，同時(shí)也是電磁干擾的接受體，同樣也會(huì)受到其他電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾，如常見(jiàn)的電磁干擾主要來(lái)源于電梯制動(dòng)器線圈與磁芯吸合或釋放；接觸器、繼電器及電氣線路中電容、線圈工作過(guò)程中，控制電路及其它電路中產(chǎn)生的電磁干擾。
電磁干擾分類
電磁干擾如按干擾類型分類，常見(jiàn)的有脈沖干擾和平滑干擾；若按干擾時(shí)間分類，又分為連續(xù)干擾、間歇干擾、瞬變干擾等。在變頻電梯中最常見(jiàn)的電磁干擾是脈沖干擾、平滑干擾、連續(xù)干擾、瞬變干擾。
脈沖干擾——當(dāng)電磁干擾通過(guò)諧振回路時(shí)，在回路中產(chǎn)生衰減振蕩，其峰值比平均值大3～4倍以上，而干擾振蕩在下一個(gè)干擾脈沖到來(lái)之前早已消失，且互不交迭，具有這種電磁干擾的為脈沖干擾。
平滑干擾——當(dāng)電磁干擾通過(guò)諧振回路時(shí)，所產(chǎn)生的衰減震蕩尚未消失。下一個(gè)干擾脈沖信號(hào)已經(jīng)到來(lái)，各干擾脈沖交迭在一起，稱為平滑干擾。
連續(xù)干擾是指電磁干擾長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)不斷的產(chǎn)生干擾；間歇干擾是指電磁干擾時(shí)間短，且斷斷續(xù)續(xù)的；瞬變干擾是指電磁干擾時(shí)間較短，但有周期性的特點(diǎn)。電磁連續(xù)干擾和瞬變干擾在電梯變頻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)比較常見(jiàn)，其危害性也相當(dāng)大。
電磁干擾的形式及特點(diǎn)
受到電磁干擾，常見(jiàn)的主要為直接干擾和噪聲干擾。直接干擾是對(duì)一般電子線路、控制線路、變頻裝置的干擾，主要影響電梯變頻器、控制系統(tǒng)的參數(shù)和穩(wěn)定性，參數(shù)的改變和穩(wěn)定性變異，其危害性非常大，往往會(huì)使電梯莫名其妙的停梯及不明原因的故障，給電梯運(yùn)行安全帶來(lái)嚴(yán)重隱患。此類干擾較常見(jiàn)，主要為電磁脈沖干擾或瞬變干擾。
有人說(shuō)電磁干擾的產(chǎn)生也就是噪聲的產(chǎn)生，此種說(shuō)法非常現(xiàn)實(shí)，電磁干擾除對(duì)變頻電梯的變頻系統(tǒng)及控制系統(tǒng)產(chǎn)生直接干擾外，電磁干擾也會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾。電梯運(yùn)行中電磁干擾產(chǎn)生的噪聲，是最常見(jiàn)而且是最容易發(fā)現(xiàn)的。通常電梯變頻器運(yùn)行在一個(gè)可能存在著較高電磁干擾的電磁生產(chǎn)環(huán)境中，此時(shí)它即是噪聲發(fā)射源，可能又是噪聲接受器。所以，變頻器和其它電子設(shè)備應(yīng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力，才能保證其主要參數(shù)不會(huì)改變，系統(tǒng)性能不會(huì)降低，保證控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。電磁干擾產(chǎn)生的噪聲常見(jiàn)的有3種形式，即電磁噪聲、自然噪聲、無(wú)線電噪聲。在電梯檢驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，有些變頻電梯的控制柜內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)一種連續(xù)不斷“吱…吱…”的高頻噪聲，其頻率一般在2000～6000 Hz之間或更高，這就是在電梯逆變電路中產(chǎn)生或控制電路中寄生電流產(chǎn)生的電磁干擾噪聲。在逆變電源輸出線路中，電機(jī)電纜和電機(jī)內(nèi)部存在一個(gè)無(wú)形的寄生電容，變頻器通過(guò)這個(gè)寄生電容產(chǎn)生一個(gè)高頻脈沖噪聲電流，此時(shí)變頻器成為一個(gè)噪聲源。
消除干擾，消除噪聲，只是一種理想，目前尚無(wú)法絕對(duì)消除，只能通過(guò)一些技術(shù)手段，使電磁干擾減小，電磁干擾噪聲降低。從前面噪聲來(lái)源分析，由于有些噪聲電流之源是變頻器，因此，這個(gè)噪聲電流一定要流回變頻器，否則噪聲電流將會(huì)嚴(yán)重干擾電梯電源電路和控制電路。這些干擾主要是脈沖干擾、連續(xù)干擾，這類干擾如不消除，其危害性非常大，電梯運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)上述不安全現(xiàn)象或故障。
在電梯檢驗(yàn)工作中常會(huì)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)早期變頻拖動(dòng)電梯，其電動(dòng)機(jī)電源線未增設(shè)屏蔽套線，線路中噪聲電流無(wú)法通過(guò)屏蔽線和PE(接地保護(hù)下同)連接點(diǎn)有效返回，而誘發(fā)電磁干擾噪聲。更有甚之，有部分變頻器連接線、輸出電源線都未加裝屏蔽線，電磁干擾增大，也是電梯機(jī)房?jī)?nèi)電磁噪聲增加的主要原因。
電磁干擾的消除方法及措施
電磁干擾的消除方法
電梯控制系統(tǒng)及變頻器系統(tǒng)要求有較強(qiáng)的抗干擾能力和較小的干擾性，首先要了解電磁干擾3個(gè)基本組成要素一電磁干擾源、耦合途徑、敏感元件。在3個(gè)基本要素中，缺少任何1個(gè)要素都不會(huì)發(fā)生電磁干擾，然而，在正常電磁生產(chǎn)環(huán)境中，任何1個(gè)要素都不可能會(huì)缺少，因?yàn)殡娞葑冾l器、電子線路、控制線路的設(shè)計(jì)、制造、安裝均已定型，設(shè)備、產(chǎn)品的抗干擾性和內(nèi)在質(zhì)量都已無(wú)法改變。如果要解決電磁干擾問(wèn)題，日常工作中僅能對(duì)電磁干擾源、耦合途徑采取相應(yīng)措施，降低或減少電磁干擾。
抗電磁干擾常用的技術(shù)方法有屏蔽、接地、濾波、搭線、隔離、合理布線等。通過(guò)對(duì)電磁干擾源、耦合途徑采取上述技術(shù)措施，可有效減少或消除電磁干擾。
在屏蔽技術(shù)中常用的有靜電屏蔽、交變電磁場(chǎng)屏蔽、低頻磁場(chǎng)屏蔽、高頻磁場(chǎng)屏蔽。在電梯設(shè)計(jì)、安裝中采用最多的是磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)。
接地方法常用的有信號(hào)接地、設(shè)備接地、安全接地等。信號(hào)接地有多種，如懸浮接地(設(shè)備懸浮、電路懸浮接地)、單點(diǎn)接地(并聯(lián)單點(diǎn)接地、改進(jìn)并聯(lián)接地)、混合接地(電源接地、信號(hào)接地)等。設(shè)備接地有單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地(設(shè)備多點(diǎn)接地、單元電路多點(diǎn)接地，射頻部分需要多點(diǎn)接地)。安全接地有設(shè)備安全保護(hù)接地、接零保護(hù)接地、防雷安全接地。在電梯安裝中，最常采用的是信號(hào)接地(單點(diǎn)、混合接地)、設(shè)備接地(單點(diǎn)、多點(diǎn)接地)、安全接地(設(shè)備安全保護(hù)接地、接零保護(hù)接地)。防雷接地在電梯安裝中一般多不采用，要求在房屋建設(shè)中考慮保護(hù)性防雷接地。
提高電磁兼容性常采取的措施，是空間分離和時(shí)間分隔。空間分離是指控制空間輻射干擾的最有效方法，加大空間距離，例如電梯控制柜內(nèi)的控制系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)進(jìn)行分層布置，并在層層之間加大空間距離。時(shí)間分隔是利用有用信號(hào)在干擾信號(hào)停止發(fā)射時(shí)間內(nèi)進(jìn)行傳輸(一般是不易采用其它方法控制時(shí)，可以采用此方法)的技術(shù)措施，首先對(duì)有用信號(hào)和干擾信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行確定，然后采用時(shí)間回避控制，利用有用信號(hào)在干擾信號(hào)停止發(fā)射時(shí)間內(nèi)進(jìn)行傳輸，利用時(shí)間差回避干擾。這種方法在電梯變頻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)一般不用。
消除電磁干擾常采用的措施
(1)利用屏蔽技術(shù)減少電磁干擾。為有效的抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo)及高次諧波引發(fā)的噪聲電流，在用變頻器驅(qū)動(dòng)的電梯電動(dòng)機(jī)電纜必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導(dǎo)至少為每相導(dǎo)線芯的電導(dǎo)線的1／10，且屏蔽層應(yīng)可靠接地。
控制電纜最好使用屏蔽電纜；模擬信號(hào)的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線；不同的模擬信號(hào)線應(yīng)該獨(dú)立走線，有各自的屏蔽層。以減少線間的耦合，不要把不同的模擬信號(hào)置于同一公共返回線內(nèi)；低壓數(shù)字信號(hào)線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的傳輸電纜，應(yīng)該分別屏蔽和走線。
(2)利用接地技術(shù)消除電磁干擾。要確保電梯控制柜中的所有設(shè)備接地良好，應(yīng)使用短而粗的接地線．連接到電源進(jìn)線接地點(diǎn)(PE)或接地母排上。特別重要的是，連接到變頻器的任何電子控制設(shè)備都要與其共地，共地時(shí)也應(yīng)使用短和粗的導(dǎo)線。同時(shí)電機(jī)電纜的地線應(yīng)直接接地或連接到變頻器的接地端子(PE)。上述接地電阻值應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
(3)利用布線技術(shù)改善電磁干擾。電動(dòng)機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線，同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線，以減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾；如果控制電纜和電源電纜交叉時(shí)，應(yīng)盡可能使它們按90°角交叉，同時(shí)必須用合適的線夾將電機(jī)電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。
(4)利用濾波技術(shù)降低電磁干擾。利用進(jìn)線電抗器用于降低由變頻器產(chǎn)生的諧波，同時(shí)也可用于增加電源阻抗，并幫助吸收附近設(shè)備投入工作時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的尖峰電壓。進(jìn)線電抗器串接在電源和變頻器功率輸入端之間。當(dāng)對(duì)主電源電網(wǎng)的情況不了解時(shí)，最好加進(jìn)線電抗器。在上述電路中還可以使用低通頻濾波器(FIR下同)，F(xiàn)IR濾波器應(yīng)串接在進(jìn)線電抗器和變頻器之間。對(duì)噪聲敏感的環(huán)境中運(yùn)行的電梯變頻器，采用FIR濾波器可以有效減小來(lái)自變頻器傳導(dǎo)中的輻射干擾。
通過(guò)前面敘述，提高對(duì)電磁干擾的認(rèn)識(shí)，了解電磁干擾的危害性，有利于變頻調(diào)速電梯的安全運(yùn)行，采用電纜線屏蔽、可靠接地、低通濾頻器及變頻器高頻脈沖噪聲電流回流及合理布線等技術(shù)措施和手段，對(duì)解決早期變頻調(diào)速電梯因設(shè)計(jì)、制造、安裝不規(guī)范，和近期利用變頻拖動(dòng)技術(shù)改造舊電梯中的電磁干擾問(wèn)題，是目前較為普遍的做法。對(duì)變頻調(diào)速電梯在設(shè)計(jì)、制造、安裝過(guò)程中的電磁兼容性、抗電磁干擾能力及降低電磁干擾的過(guò)程控制，應(yīng)作為電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中綜合考慮的一部分，使變頻調(diào)速電梯產(chǎn)品符合GB7588-2003標(biāo)準(zhǔn)要求，是確保后期電梯安全運(yùn)行的有效辦法。電磁兼容性提高，電磁干擾降低，抗電磁干擾能力增強(qiáng)，電梯故障率減少，才能進(jìn)一步使電梯安全平穩(wěn)運(yùn)行。
