隨著電梯的廣泛應(yīng)用,電梯的安全運(yùn)行也日益成為相關(guān)單位所關(guān)注的重點(diǎn)。電梯的控制系統(tǒng)是電梯運(yùn)行的核心,但是控制系統(tǒng)很容易受到電磁干擾的影響而發(fā)生故障或是事故,所以必須要對(duì)電梯采取措施以消除所受到的電磁干擾。
電梯的控制系統(tǒng)采用變頻器等電力電子器件,尤其是高頻開關(guān)器件的應(yīng)用,這些電力電子裝置在工作時(shí),因?yàn)槠潆妷汉碗娏鞯牟ㄐ味际窃诜浅6痰臅r(shí)間內(nèi)上升和下降的,這些具有陡變沿的脈沖信號(hào)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。電力電子裝置的高頻化和在容量化不僅導(dǎo)致器件所承受到的電應(yīng)力增加和開關(guān)損耗增加,而且會(huì)產(chǎn)生難以抑制的寬帶電磁干擾,威脅到電梯安全運(yùn)行本身及至與其相關(guān)的其他電子設(shè)備的正常工作。
電梯控制系統(tǒng)中的電磁干擾
當(dāng)前的電梯控制系統(tǒng)通常都是采用調(diào)壓調(diào)頻控制,具有運(yùn)行性能好、節(jié)約能源,調(diào)速性能好的優(yōu)點(diǎn)。歸納起來通常有以下4種情況的電磁干擾:
(1)工頻諧波干擾。變頻器的功能是將工頻電流通過整流電路轉(zhuǎn)換成直流電流,然后通過逆變電路,把整流后的直流電逆變?yōu)轭l率和電壓可變的交流電。由于變頻器中大量使用了三極管、智能模塊等電力電子器件,變頻器以斷續(xù)的脈沖方式從電網(wǎng)吸收連續(xù)的正統(tǒng)波能量。這種脈沖電流在電網(wǎng)阻抗上形成了脈動(dòng)的壓降疊加在工頻電壓上,造成了電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變。對(duì)于同一供電系統(tǒng)的其他用電設(shè)備,特別是對(duì)電梯的控制系統(tǒng)來說是很強(qiáng)的干擾源。
(2)浪涌干擾。當(dāng)有感應(yīng)電或是雷電進(jìn)入到電梯系統(tǒng),或者與電梯共用電源系統(tǒng)的其他大型設(shè)備的接通和斷開瞬間,都有可能在電梯的電源系統(tǒng)中形成浪涌干擾。這是一種能量比較大的干擾,具有較高的幅度和較陡的電壓上升速率。這種高能量的浪涌干擾,對(duì)電梯的控制系統(tǒng)有著極大的威脅,會(huì)使電梯的控制系統(tǒng)出現(xiàn)指令性錯(cuò)誤,甚至造成事故的發(fā)生。
(3)射頻性質(zhì)的電磁干擾。變頻器的輸出部分通過高速晶體管開關(guān)來產(chǎn)生一系列寬度不同和極性一定的PWM矩形電壓波,這種具有陡峭邊沿的脈沖信號(hào)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。
(4)泄漏電流干擾。系統(tǒng)中變頻器的輸出動(dòng)力線與大地之間的分布電容,使對(duì)地泄漏電流通過接地線流入變頻器與外部設(shè)備,可使剩余電流斷路器、剩余電流繼電器產(chǎn)生誤動(dòng)作。變頻器輸出動(dòng)力線之間的分布電容,使得高頻泄漏電流通過,可使變頻器外接熱繼電器誤動(dòng)作,變頻器過流跳閘。
抑制電磁干擾的措施
按抑制電磁干擾工作的類型,可把預(yù)防措施總結(jié)為以下三個(gè)方面:
(1)設(shè)置濾波器與電抗器。主要是抑制高次諧波干擾,在靠近變頻器的輸入端和輸出端分別安裝濾波器,輸入濾波器能最大限度地減少電源產(chǎn)生的高次諧波電壓;輸出濾波器則能最大限度地減少變頻器產(chǎn)生的高次諧波電壓。
在電源與輸入濾波器之間安裝輸入交流電抗器,能限制電源電壓突變與操作過電壓而引起的電流沖擊,抑制變頻器輸入電網(wǎng)的諧波電流。在輸出濾波器與電動(dòng)機(jī)之間安裝輸出交流電抗器,掏抑制變頻器輸出的諧波電流。
(2)處理好各類連接導(dǎo)線。主要是抑制電磁噪聲干擾。電機(jī)的動(dòng)力線纜要單獨(dú)放入金屬管內(nèi),且金屬管通過金屬機(jī)架接地,起屏蔽干擾的作用。動(dòng)力線要盡量短,通常情況下不要超過50m,大功率電梯也不能超過100m。使用4芯電纜的動(dòng)力線時(shí),其地線兩端分別接變頻器的PE端與電動(dòng)機(jī)的接地端。
電梯系統(tǒng)的信號(hào)線要使用帶屏蔽層的雙絞線,各路信號(hào)分別各自絞合,絞合節(jié)距不大于15cm;信號(hào)線長(zhǎng)度不應(yīng)大于20m,且盡量縮短;信號(hào)線與動(dòng)力線及外部設(shè)備的控制線分開成束,各自屏蔽,屏蔽層良好接地,信號(hào)線與動(dòng)力線、控制線不要平行布置,并且信號(hào)線與動(dòng)力線的距離最好不小于20cm以上,相交時(shí)應(yīng)成直角。
(3)做好接地工作。主要包括直流地、安全地與防雷地。直流地的作用是掏電磁噪聲干擾,安全地的作用是掏泄漏電流干擾。
直流地是針對(duì)電梯控制系統(tǒng)的控制部件(PLC或PC)系統(tǒng)的接地,實(shí)際上是為各處理部件而建立的等電位點(diǎn),通常被稱為信號(hào)地或邏輯地,目的是消除或掏耦合性干擾。
TSG T7001-2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則-曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》規(guī)定:
(1)供電電源自進(jìn)入機(jī)房或者機(jī)器設(shè)備間起,中性線(N)與保護(hù)線(PE)應(yīng)當(dāng)始終分開。
(2)所有電氣設(shè)備及線管、線槽的外露可以導(dǎo)電部分應(yīng)當(dāng)與保護(hù)線(PE)可靠連接。
由TSG T7001-2009的規(guī)定可知,電梯的電源可采用TN-S,或TN-C-S系統(tǒng)。電梯的接地要優(yōu)先使用TN-S系統(tǒng)。但是當(dāng)采用TN-C-S系統(tǒng)時(shí),在系統(tǒng)進(jìn)入機(jī)房后,在總開關(guān)箱處將PEN線分成N線和PE線。
在采用TN-S或TN-C-S系統(tǒng)時(shí),為了增加保護(hù)的可靠性,還應(yīng)進(jìn)行重復(fù)接地,而且要求接地線的接地電阻不大于10Ω。在采用TN-C-S系統(tǒng)時(shí),還必須確認(rèn)在機(jī)房以外的PEN線上沒有裝設(shè)可能斷開PEN線的電氣裝置。
PE線只是在電氣設(shè)備發(fā)生絕緣損壞、搭殼等故障時(shí),提供一個(gè)阻抗較小的故障回路,要切斷故障電源還必須靠自動(dòng)切斷裝置。一般是利用電路的短路保護(hù)裝置,即熔斷器或自動(dòng)空氣斷路器,在故障電流的作用下切斷故障電源。
筆者在本文詳細(xì)闡述了電梯控制系統(tǒng)可能受到的電磁干擾的各類,以及對(duì)這些電磁干擾的預(yù)防措施,并且通過實(shí)踐證明,這些措施是非常有效的。