工程師：基于注塑機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)EMC解決方案

1 引言

注塑機(jī)和變頻器配套使用，可以達(dá)到節(jié)約能源(其節(jié)電率可達(dá)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(jī)器使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，從而得到了廣泛的應(yīng)用，為此采取成本低廉，合理實(shí)用的EMC解決方案，將成為保證設(shè)備正常可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 注塑機(jī)電磁干擾的危害

(1)注塑機(jī)存在很多弱電信號(hào)電路，而這些弱電信號(hào)供電電路又與變頻器共用一個(gè)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(dǎo)干擾還很大，如圖1所示。此時(shí)弱電信號(hào)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(hào)(這個(gè)反饋回來的信號(hào)要求精度相當(dāng)高)，稍被干擾，就會(huì)影響反饋信號(hào)的精度，從而使注塑機(jī)注塑不到位，影響設(shè)備的正常使用。

圖1 普通變頻器在采取簡單的EMC措施后電源端的傳導(dǎo)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(shí)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(hào)，具體如圖2所示，如不采取措施，注塑機(jī)部分靠近變頻器的信號(hào)電纜及信號(hào)電路，將成為被干擾的受害對(duì)象，從而影響設(shè)備的正?？煽窟\(yùn)行，如果變頻器或者周邊設(shè)備發(fā)射的信號(hào)頻率剛好與注塑機(jī)控制部分某根信號(hào)電纜形成一定比例，將有可能達(dá)到100%接收的可能性，這個(gè)時(shí)候?qū)⒎浅？膳拢盘?hào)電纜本身傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)將被干擾信號(hào)覆蓋，從而使設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作，如果信號(hào)電纜在空閑時(shí)，就算沒有100%接收到干擾信號(hào)，其干擾信號(hào)被放大之后，也將可能使設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作。

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。3 注塑機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)常見EMC解決方案

3.1 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。

圖3 常見EMC解決方案示意圖

3.2 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(diǎn)，主要用于抑制傳導(dǎo)干擾(由于錳鋅鐵氧體磁導(dǎo)率高，通過增加穿過磁環(huán)的匝數(shù)，其磁導(dǎo)率更高，對(duì)低頻傳導(dǎo)干擾信號(hào)呈現(xiàn)阻抗也越大，此時(shí)，由于寄生電容增加，其高頻阻抗減少，對(duì)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(dǎo)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(dǎo)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(gè)問題的是，在EMC調(diào)試中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在某根電纜串繞一個(gè)磁環(huán)時(shí)，然后再去測試騷擾功率，此時(shí)，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(dāng)電纜穿過鐵氧體時(shí)的等效電路在低頻和高頻時(shí)是不同的，在低頻時(shí)主要呈電感特性，高頻時(shí)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(chǔ)存能量，因此，電感會(huì)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(qiáng)，而電阻是要消耗能量的，從而從實(shí)質(zhì)上減少干擾。