注塑機的節能！變頻器系統EMC的方案分析

變頻器如何調零漂

我國的塑膠產品市場進幾年來逐年產量穩步增長，而人平均塑膠消費量依舊低於發達國家。從塑膠產品的產量來看，其產量一直保持穩定增長， 根據國家統計局資料統計：2018年1-5月，中國塑膠製品產量累計達2605。8萬噸，同比增長2。6%；2017年中國塑膠製品產量累計達7515。5萬噸，同比增長3。4%。，我們認為未來塑膠製品行業的需求依然會穩步上升，行業產量持續上升。而塑膠製品的生產核心之一的注塑機，就成了產量增長關鍵，而大批次生產的話就要面對兩個問題，那就是操作與節能，而透過注塑機和變頻器配套使用就能很好的解決這些問題。

一、注塑機和

變頻器

配套使用，可以達到節約能源（其節電率可達25%～65%），提高生產效率和產品質量，降低油汙染和噪聲汙染，延長機器使用壽命等優點，從而得到了廣泛的應用，為此採取成本低廉，合理實用的EMC解決方案，將成為保證裝置正常可靠執行的關鍵。

二、電磁干擾對注塑機危害

（1）注塑機存在很多弱電訊號電路，而這些弱電訊號供電電路又與變頻器共用一個電源（通常，變頻器電源端在採取簡單的EMC措施後，其電源端傳導干擾還很大，如圖1所示。此時弱電訊號電路將非常脆弱，如不採取措施往往將非常容易被幹擾，特別是感測系統反饋回來的訊號（這個反饋回來的訊號要求精度相當高），稍被幹擾，就會影響反饋訊號的精度，從而使注塑機注塑不到位，影響裝置的正常使用。

圖1 普通變頻器在採取簡單的EMC措施後電源端的傳導干擾頻譜圖

（2）由於變頻器的逆變部分高速開和關及變頻器開關電源部分開關管的高速開和關及時鐘，通訊部分電路的工作和傳輸，將產生非常大的輻射干擾訊號，具體如圖2所示，如不採取措施，注塑機部分靠近變頻器的訊號電纜及訊號電路，將成為被幹擾的受害物件，從而影響裝置的正常可靠執行，如果變頻器或者周邊裝置發射的訊號頻率剛好與注塑機控制部分某根訊號電纜形成一定比例，將有可能達到100%接收的可能性，這個時候將非常可怕，訊號電纜本身傳輸的有用訊號將被幹擾訊號覆蓋，從而使裝置產生誤動作，如果訊號電纜在空閒時，就算沒有100%接收到干擾訊號，其干擾訊號被放大之後，也將可能使裝置產生誤動作。

圖2 普通變頻器在採取簡單的EMC措施後， 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。

三、注塑機變頻節能系統常見EMC解決方案

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

2、EMC解決方案圖原理分析

（1）關於選用磁環材料和串繞匝數

磁環1、2、4、5、6、7推薦使用錳鋅鐵氧體，串繞匝數越多越好，但也有飽和點，主要用於抑制傳導干擾（由於錳鋅鐵氧體磁導率高，透過增加穿過磁環的匝數，其磁導率更高，對低頻傳導干擾訊號呈現阻抗也越大，此時，由於寄生電容增加，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3推薦使用鎳鋅鐵氧體，串繞匝數一般3匝左右即可，主要用於抑制高頻輻射干擾（同理，由於鎳鋅鐵氧體，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除錯中，經常會發現，當在某根電纜串繞一個磁環時，然後再去測試騷擾功率，此時，可以從頻譜圖上發現，某些頻率段的dB值減少，而某些頻率段的dB值反而增加了。在這裡筆者可以這樣解釋：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，電感本身並不消耗能量，而僅儲存能量，因此，電感會與電路中的電容構成諧振電路，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線，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除錯中，我們經常會發現，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），從感測系統到變頻器AI1輸入端子間，通常使用遮蔽電纜，這時如果將遮蔽電纜單端接地到變頻器外殼地，我們往往會發現，變頻器AI1輸入端子零漂更嚴重了，這樣形成的後果是，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：原本的出發點是透過遮蔽線接地，將遮蔽線上遮蔽的干擾訊號匯入到地，從而使遮蔽效果更好，但是此時糟糕的是，這個地已經被其它共模干擾汙染的相當嚴重，這時原本比較乾淨的遮蔽電纜，正好提供了部分共模干擾洩放的迴路，使原本相對來說乾淨的遮蔽電纜被共模干擾汙染了，從而使干擾更加嚴重。所以圖3中從感測系統到AI1端子間和DI1及故障輸出到控制系統間，採用遮蔽電纜，但遮蔽電纜不接地，這樣可以起到遮蔽磁場的作用（注意對磁場遮蔽時其遮蔽電纜可以不接地）。遮蔽電纜接地一般遵從以下原則：強電遮蔽電纜要求良好接地，二次電路通訊、反饋迴路遮蔽電纜不能與強電電纜共用一個地，如果接地，就要接到相對乾淨的地（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，至少要知道五個引數：

插入損耗（插入損耗有共模插入損耗和差模插入損耗之分），抑制頻率範圍，工作電壓範圍，額定工作電流，絕緣電壓等。

然後根據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錶面上。

四、應用現場

變頻器

的常用EMC對策

（1）在電機線30m內，可以考慮透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；

高頻訊號電纜（300kHz以上的訊號）採用多點接地，低頻訊號電纜（300kHz以下的訊號）採用單點接地，高低頻訊號混合的地方採用混合接地；

斷開或接上接地線進行現場試驗；

加大接地面積，儘量減短接地線或者接地片。

（3）關鍵訊號電纜分別串繞一個錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體磁環，注意串繞磁環時，一定要就近被幹擾部分電路串繞。

（4）RST輸入加裝濾波器或串繞磁環。

（5）電機電纜長度超過100m的，加裝輸出濾波器或電抗器。

五、總結

總之，現場的EMC除錯與電路板上EMC除錯完全不一樣，我們不可能在現場對電路板進行整改。在現場，一定快速而準確地定位問題點，然後採取措施，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，然後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，無論是現場EMC除錯還是電路板上的EMC除錯，有時往往是我們忽略的地方，卻能起到關鍵性的作用，所以不能忽視每一個細小的環節。