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[摘要]：针对目前各地在兴建城市污水处理厂的过程中所暴露出来的问题，本文对污水处理厂电气设备变频调频的工作原理及电磁干扰出现的问题进行了探讨，并对电磁干扰源进行了分析，对如何就电气设备抗干扰总结了一些措施。
[关键词]：污水处理 电气设备 电磁干扰
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：U 文章编号：1009-914X（2012）32- 0039 -01
前言
随着变频调速器广泛应用，在工业生产和市政污水处理中，越来越多的变频调速恒压供水设备取代了传统的水塔供水和压力罐式供水，以达到节能、恒压供水之目的。但由于变频器在运行时，产生电磁谐波，对供水设备的控制电路产生干扰，轻者使供水设备不能工作，重者使整个系统失控，甚至造成硬件损坏。因此，如何解决变频系统的干扰问题，提高装置的可靠性，是变频调速设备运行中不可忽视的问题。
1.变频调速供水电气设备的工作原理
1.1变频调速供水系统组成
系统主要由变频调速器（单片机或可编程控制器PLC）、变频器、压力传感器（液位传感器）及 2～6 台水泵组成，操作者可以通过面板的指示灯、按钮来控制系统的运行。系统框图见图1。
1.2工作原理
设备分为手动运行和自动运行，手动运行是为了检修设备时用于不间断供水。自动工作时的原理是：变频器工作，软启动其中一台水泵，通过控制器给定信号值与压力传感器反馈信号值比较后，进行PID调节控制，随着水泵转速的提高，水管中的压力逐步升高。当水管压力满足设定压力时，变频器将在某一频率工作，当用水量增加或减少，变频器的输出频率相应增加或减少，随着用水量增加，达到变频器的输出频率上限时，控制器自动进行切换，把满负荷运行的水泵直接投到工频电源上运行，同时变频器启动第2台水泵，以此类推，最多可控制6台水泵运行。当用水量减少，变频器输出达到下限时，再次切换，从工频状态下工作的水泵退出 1 台，然后变频器继续进行PID调节控制，达到新的稳定状态。
2.基于电气干扰造成的常见故障分析
2.1系统振荡
变频器切换频率应为 50Hz，由于干扰的存在，经常发生变频器输出频率在 46～49Hz 之间进行切换，投入另一台水泵后，其压力超出设定压力值，系统再把新投入的水泵切换下来，以此反复，造成系统在调速泵的工频临界点振荡。
2.2控制器程序紊乱
在切换时易出现程序紊乱现象，表现为接触器工作无序，严重时可造成变频器等硬件损坏。
2.3干扰其他弱电器件正常工作
供水设备中常安装一些水位、时间等控制器件，这些器件均为弱电控制回路，由于干扰致使这些器件不能正常工作。
3.电磁谐波干扰来源分析
3.1来自外部电网的干扰
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、电流产生波形畸变，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：
⑴过压、欠压、 瞬时掉电；
⑵浪涌、跌落；
⑶尖峰电压脉冲；
⑷射频干扰。
3.2变频器自身对外部的干扰
变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、 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，当工作于开关模式且做高速切换时，产生大量耦合性噪聲。因此变频器对系统内其他的电子、 电气设备来说是一电磁干扰源。
变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和其他设备的干扰信号。
3.3干扰信号的传播方式
变频器能产生功率较大的谐波，由于功率较大，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，主要分传导（即电路耦合）、电磁辐射、感应耦合。
4.变频调速供水设备电气干扰解决措施
针对以上干扰原因分析，变频调速供水设备电气抗干扰主要措施如下：
4.1采取电气隔离
⑴为防止通过电线将高次谐波及干扰源传给弱电控制回路，在低压电源采用隔离变压器进行电气隔离。
⑵变频调速控制器与接触器之间采用固态继电器（SSR）隔离，控制器的电气信号通过固态继电器驱动继电器动作。
4.2采取过滤
弱电电源线路、控制线路、传感器信号线路采用安装电源过滤器，即线路滤波器。它主要由电感线圈构成，通过增大线路的高频阻抗，有效地削弱线路中因传导或电磁感应耦合而产生的高次谐波。
4.3电磁屏蔽
⑴弱电控制器件放置在接地的金属盒内。
⑵信号传输线采用屏蔽电缆，屏蔽层的近端接地，远端浮接。
⑶电源、电机进出线路，采用穿钢管敷设或使用金属铠装电缆，钢管或电缆铠甲需做接地。
4.4接地
⑴电源进线的中性点应做重复接地，接地电阻小于4，所有配电柜、控制柜的金属外壳、穿线钢管、电缆槽、电缆铠甲均与重复接地连接。
⑵弱电器件专用接地点，弱电回路电源零线应设置专用接地，弱电接地线应与重复接地隔离，其接地极距离应大于5m，接地引线穿绝缘管引入控制柜的专用端子上。
4.5设备、线路合理布置
⑴开关设备、变频调速器与变频调速控制器、 弱电控制器件分别安装在不同的柜中，如果安装在同一柜内，应尽量把变频器与变频控制器及其他弱电器件的距离放到最大。
⑵变频调速器、空气开关、接触器之间安装位置合理，以便使主回线路布置简洁、最短。
⑶控制线路应敷设在专用线槽内，不得与主回路线混合敷设。
⑷电器线路连接标准、规范。
4.6电器设备、材料选择
⑴水泵易使用机械性能好、运行平稳、由4级电机驱动的水泵，如 DL 泵。
⑵开关、接触器易选择体积小、开关容量大、装拆方便、工作性能可靠的器件。
⑶电缆、电线、接线端子等应选择符合国家标准的材料。
4.7其它注意事项
⑴装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机，其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备。
⑵弱电压电流控制电缆不要易产生电弧的断路器和接触器。
⑶控制电缆采用 1.25mm 或 2mm 屏蔽较全绝缘电缆。
⑷屏蔽电缆的屏蔽要连续到与电缆导体同样长，电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要互相连接。
5.结语
综上所述， 通过对变频调速供水电气设备工作原理、常见故障、干扰来源的分析，提出了解决这些问题的办法，随着交流调速技术的日臻成熟，变频调速将越来越多地应用到其他控制领域，变频器使用过程自身干扰和对电网的干扰，已成为变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题。这些问题通过广大科技人员研究，我们相信在不久一定会得到有效解决。
参考文献：
[1]张燕宾，电动机变频调速图解[M]，北京：中国电力出版社， 2003.
[2]《交流电动机半导体变频调速装置总技术条件》 （GB12668—90）；[S].
[3]电气自动化新技术丛书，SPWM 变频调速应用技术，北京，机械工业出版社，2006.
[关键词]：污水处理 电气设备 电磁干扰
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：U 文章编号：1009-914X（2012）32- 0039 -01
前言
随着变频调速器广泛应用，在工业生产和市政污水处理中，越来越多的变频调速恒压供水设备取代了传统的水塔供水和压力罐式供水，以达到节能、恒压供水之目的。但由于变频器在运行时，产生电磁谐波，对供水设备的控制电路产生干扰，轻者使供水设备不能工作，重者使整个系统失控，甚至造成硬件损坏。因此，如何解决变频系统的干扰问题，提高装置的可靠性，是变频调速设备运行中不可忽视的问题。
1.变频调速供水电气设备的工作原理
1.1变频调速供水系统组成
系统主要由变频调速器（单片机或可编程控制器PLC）、变频器、压力传感器（液位传感器）及 2～6 台水泵组成，操作者可以通过面板的指示灯、按钮来控制系统的运行。系统框图见图1。
1.2工作原理
设备分为手动运行和自动运行，手动运行是为了检修设备时用于不间断供水。自动工作时的原理是：变频器工作，软启动其中一台水泵，通过控制器给定信号值与压力传感器反馈信号值比较后，进行PID调节控制，随着水泵转速的提高，水管中的压力逐步升高。当水管压力满足设定压力时，变频器将在某一频率工作，当用水量增加或减少，变频器的输出频率相应增加或减少，随着用水量增加，达到变频器的输出频率上限时，控制器自动进行切换，把满负荷运行的水泵直接投到工频电源上运行，同时变频器启动第2台水泵，以此类推，最多可控制6台水泵运行。当用水量减少，变频器输出达到下限时，再次切换，从工频状态下工作的水泵退出 1 台，然后变频器继续进行PID调节控制，达到新的稳定状态。
2.基于电气干扰造成的常见故障分析
2.1系统振荡
变频器切换频率应为 50Hz，由于干扰的存在，经常发生变频器输出频率在 46～49Hz 之间进行切换，投入另一台水泵后，其压力超出设定压力值，系统再把新投入的水泵切换下来，以此反复，造成系统在调速泵的工频临界点振荡。
2.2控制器程序紊乱
在切换时易出现程序紊乱现象，表现为接触器工作无序，严重时可造成变频器等硬件损坏。
2.3干扰其他弱电器件正常工作
供水设备中常安装一些水位、时间等控制器件，这些器件均为弱电控制回路，由于干扰致使这些器件不能正常工作。
3.电磁谐波干扰来源分析
3.1来自外部电网的干扰
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、电流产生波形畸变，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：
⑴过压、欠压、 瞬时掉电；
⑵浪涌、跌落；
⑶尖峰电压脉冲；
⑷射频干扰。
3.2变频器自身对外部的干扰
变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、 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，当工作于开关模式且做高速切换时，产生大量耦合性噪聲。因此变频器对系统内其他的电子、 电气设备来说是一电磁干扰源。
变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和其他设备的干扰信号。
3.3干扰信号的传播方式
变频器能产生功率较大的谐波，由于功率较大，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，主要分传导（即电路耦合）、电磁辐射、感应耦合。
4.变频调速供水设备电气干扰解决措施
针对以上干扰原因分析，变频调速供水设备电气抗干扰主要措施如下：
4.1采取电气隔离
⑴为防止通过电线将高次谐波及干扰源传给弱电控制回路，在低压电源采用隔离变压器进行电气隔离。
⑵变频调速控制器与接触器之间采用固态继电器（SSR）隔离，控制器的电气信号通过固态继电器驱动继电器动作。
4.2采取过滤
弱电电源线路、控制线路、传感器信号线路采用安装电源过滤器，即线路滤波器。它主要由电感线圈构成，通过增大线路的高频阻抗，有效地削弱线路中因传导或电磁感应耦合而产生的高次谐波。
4.3电磁屏蔽
⑴弱电控制器件放置在接地的金属盒内。
⑵信号传输线采用屏蔽电缆，屏蔽层的近端接地，远端浮接。
⑶电源、电机进出线路，采用穿钢管敷设或使用金属铠装电缆，钢管或电缆铠甲需做接地。
4.4接地
⑴电源进线的中性点应做重复接地，接地电阻小于4，所有配电柜、控制柜的金属外壳、穿线钢管、电缆槽、电缆铠甲均与重复接地连接。
⑵弱电器件专用接地点，弱电回路电源零线应设置专用接地，弱电接地线应与重复接地隔离，其接地极距离应大于5m，接地引线穿绝缘管引入控制柜的专用端子上。
4.5设备、线路合理布置
⑴开关设备、变频调速器与变频调速控制器、 弱电控制器件分别安装在不同的柜中，如果安装在同一柜内，应尽量把变频器与变频控制器及其他弱电器件的距离放到最大。
⑵变频调速器、空气开关、接触器之间安装位置合理，以便使主回线路布置简洁、最短。
⑶控制线路应敷设在专用线槽内，不得与主回路线混合敷设。
⑷电器线路连接标准、规范。
4.6电器设备、材料选择
⑴水泵易使用机械性能好、运行平稳、由4级电机驱动的水泵，如 DL 泵。
⑵开关、接触器易选择体积小、开关容量大、装拆方便、工作性能可靠的器件。
⑶电缆、电线、接线端子等应选择符合国家标准的材料。
4.7其它注意事项
⑴装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机，其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备。
⑵弱电压电流控制电缆不要易产生电弧的断路器和接触器。
⑶控制电缆采用 1.25mm 或 2mm 屏蔽较全绝缘电缆。
⑷屏蔽电缆的屏蔽要连续到与电缆导体同样长，电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要互相连接。
5.结语
综上所述， 通过对变频调速供水电气设备工作原理、常见故障、干扰来源的分析，提出了解决这些问题的办法，随着交流调速技术的日臻成熟，变频调速将越来越多地应用到其他控制领域，变频器使用过程自身干扰和对电网的干扰，已成为变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题。这些问题通过广大科技人员研究，我们相信在不久一定会得到有效解决。
参考文献：
[1]张燕宾，电动机变频调速图解[M]，北京：中国电力出版社， 2003.
[2]《交流电动机半导体变频调速装置总技术条件》 （GB12668—90）；[S].
[3]电气自动化新技术丛书，SPWM 变频调速应用技术，北京，机械工业出版社，2006.