【導讀】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，本文就電磁干擾對電梯控制系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)的影響，及如何解決進行分析探討。
由于變頻調(diào)速具有回路簡單、功率因素高、節(jié)省能源、起動平穩(wěn)、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，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，英國謝非爾德號導彈驅(qū)逐艦，由于雷達與通信網(wǎng)絡相互干擾，不能同時工作，恰遇阿根廷的飛魚導彈來襲，造成艦毀人亡的慘劇。
1993年美國西北航空公司1架飛機上，因乘客使用調(diào)頻收音機，使飛機導航系統(tǒng)故障，導航系統(tǒng)的指示發(fā)生偏離10度以上。差一點釀成重大悲劇。
在民兵I導彈飛行實驗中，空中運行時發(fā)生爆炸。后經(jīng)反復試驗證實，彈頭和絕緣單體之間發(fā)生靜電放電，干擾脈沖破壞計算機正常工作，發(fā)生導彈炸毀事故。
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中相關要求，表面上看是對電磁兼容性提出的要求，實際上就是對設備的抗電磁干擾能力提出相應要求。本文就電磁干擾對電梯控制系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)的影響，及如何解決進行分析。
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語》中定義為“任何可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降低，或者對有生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象，被稱為電磁干擾”。因此，對電梯變頻系統(tǒng)及電梯控制系統(tǒng)在生產(chǎn)、設計、安裝質(zhì)量要求，應具有較強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中相關要求，并對電梯的設計、制造、安裝中的電磁兼容性好壞、抗電磁干擾強弱及電磁干擾的大小，現(xiàn)標準要求更嚴，質(zhì)量要求更高。
電磁干擾的來源、分類及特點
電磁干擾來源
電梯變頻器大多運行在電磁環(huán)境中．同時作為電力電子設備，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，除對變頻器本身的干擾外，對其它電子設備也存在較強的有害干擾。
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，同時也是電磁干擾的接受體，同樣也會受到其他電子設備產(chǎn)生的電磁干擾，如常見的電磁干擾主要來源于電梯制動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，常見的有脈沖干擾和平滑干擾；若按干擾時間分類，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——當電磁干擾通過諧振回路時，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干擾脈沖到來之前早已消失，且互不交迭，具有這種電磁干擾的為脈沖干擾。
平滑干擾——當電磁干擾通過諧振回路時，所產(chǎn)生的衰減震蕩尚未消失。下一個干擾脈沖信號已經(jīng)到來，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時間、持續(xù)不斷的產(chǎn)生干擾；間歇干擾是指電磁干擾時間短，且斷斷續(xù)續(xù)的；瞬變干擾是指電磁干擾時間較短，但有周期性的特點。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，其危害性也相當大。
電磁干擾的形式及特點
受到電磁干擾，常見的主要為直接干擾和噪聲干擾。直接干擾是對一般電子線路、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，往往會使電梯莫名其妙的停梯及不明原因的故障，給電梯運行安全帶來嚴重隱患。此類干擾較常見，主要為電磁脈沖干擾或瞬變干擾。
有人說電磁干擾的產(chǎn)生也就是噪聲的產(chǎn)生，此種說法非常現(xiàn)實，電磁干擾除對變頻電梯的變頻系統(tǒng)及控制系統(tǒng)產(chǎn)生直接干擾外，電磁干擾也會產(chǎn)生噪聲干擾。電梯運行中電磁干擾產(chǎn)生的噪聲，是最常見而且是最容易發(fā)現(xiàn)的。通常電梯變頻器運行在一個可能存在著較高電磁干擾的電磁生產(chǎn)環(huán)境中，此時它即是噪聲發(fā)射源，可能又是噪聲接受器。所以，變頻器和其它電子設備應具備較強的抗干擾能力，才能保證其主要參數(shù)不會改變，系統(tǒng)性能不會降低，保證控制系統(tǒng)的安全運行。電磁干擾產(chǎn)生的噪聲常見的有3種形式，即電磁噪聲、自然噪聲、無線電噪聲。在電梯檢驗中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，有些變頻電梯的控制柜內(nèi)，會出現(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，電機電纜和電機內(nèi)部存在一個無形的寄生電容，變頻器通過這個寄生電容產(chǎn)生一個高頻脈沖噪聲電流，此時變頻器成為一個噪聲源。
消除干擾，消除噪聲，只是一種理想，目前尚無法絕對消除，只能通過一些技術手段，使電磁干擾減小，電磁干擾噪聲降低。從前面噪聲來源分析，由于有些噪聲電流之源是變頻器，因此，這個噪聲電流一定要流回變頻器，否則噪聲電流將會嚴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，電梯運行會出現(xiàn)上述不安全現(xiàn)象或故障。
在電梯檢驗工作中常會發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)早期變頻拖動電梯，其電動機電源線未增設屏蔽套線，線路中噪聲電流無法通過屏蔽線和PE(接地保護下同)連接點有效返回，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，也是電梯機房內(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)要求有較強的抗干擾能力和較小的干擾性，首先要了解電磁干擾3個基本組成要素一電磁干擾源、耦合途徑、敏感元件。在3個基本要素中，缺少任何1個要素都不會發(fā)生電磁干擾，然而，在正常電磁生產(chǎn)環(huán)境中，任何1個要素都不可能會缺少，因為電梯變頻器、電子線路、控制線路的設計、制造、安裝均已定型，設備、產(chǎn)品的抗干擾性和內(nèi)在質(zhì)量都已無法改變。如果要解決電磁干擾問題，日常工作中僅能對電磁干擾源、耦合途徑采取相應措施，降低或減少電磁干擾。
抗電磁干擾常用的技術方法有屏蔽、接地、濾波、搭線、隔離、合理布線等。通過對電磁干擾源、耦合途徑采取上述技術措施，可有效減少或消除電磁干擾。
在屏蔽技術中常用的有靜電屏蔽、交變電磁場屏蔽、低頻磁場屏蔽、高頻磁場屏蔽。在電梯設計、安裝中采用最多的是磁場屏蔽技術。
接地方法常用的有信號接地、設備接地、安全接地等。信號接地有多種，如懸浮接地(設備懸浮、電路懸浮接地)、單點接地(并聯(lián)單點接地、改進并聯(lián)接地)、混合接地(電源接地、信號接地)等。設備接地有單點接地、多點接地(設備多點接地、單元電路多點接地，射頻部分需要多點接地)。安全接地有設備安全保護接地、接零保護接地、防雷安全接地。在電梯安裝中，最常采用的是信號接地(單點、混合接地)、設備接地(單點、多點接地)、安全接地(設備安全保護接地、接零保護接地)。防雷接地在電梯安裝中一般多不采用，要求在房屋建設中考慮保護性防雷接地。
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)進行分層布置，并在層層之間加大空間距離。時間分隔是利用有用信號在干擾信號停止發(fā)射時間內(nèi)進行傳輸(一般是不易采用其它方法控制時，可以采用此方法)的技術措施，首先對有用信號和干擾信號出現(xiàn)時間進行確定，然后采用時間回避控制，利用有用信號在干擾信號停止發(fā)射時間內(nèi)進行傳輸，利用時間差回避干擾。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)利用屏蔽技術減少電磁干擾。為有效的抑制電磁波的輻射和傳導及高次諧波引發(fā)的噪聲電流，在用變頻器驅(qū)動的電梯電動機電纜必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導至少為每相導線芯的電導線的1／10，且屏蔽層應可靠接地。
控制電纜最好使用屏蔽電纜；模擬信號的傳輸線應使用雙屏蔽的雙絞線；不同的模擬信號線應該獨立走線，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置于同一公共返回線內(nèi)；低壓數(shù)字信號線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。模擬信號和數(shù)字信號的傳輸電纜，應該分別屏蔽和走線。
(2)利用接地技術消除電磁干擾。要確保電梯控制柜中的所有設備接地良好，應使用短而粗的接地線．連接到電源進線接地點(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備都要與其共地，共地時也應使用短和粗的導線。同時電機電纜的地線應直接接地或連接到變頻器的接地端子(PE)。上述接地電阻值應符合相關標準要求。
(3)利用布線技術改善電磁干擾。電動機電纜應獨立于其它電纜走線，同時應避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，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，應盡可能使它們按90°角交叉，同時必須用合適的線夾將電機電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。
(4)利用濾波技術降低電磁干擾。利用進線電抗器用于降低由變頻器產(chǎn)生的諧波，同時也可用于增加電源阻抗，并幫助吸收附近設備投入工作時產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的尖峰電壓。進線電抗器串接在電源和變頻器功率輸入端之間。當對主電源電網(wǎng)的情況不了解時，最好加進線電抗器。在上述電路中還可以使用低通頻濾波器(FIR下同)，F(xiàn)IR濾波器應串接在進線電抗器和變頻器之間。對噪聲敏感的環(huán)境中運行的電梯變頻器，采用FIR濾波器可以有效減小來自變頻器傳導中的輻射干擾。
通過前面敘述，提高對電磁干擾的認識，了解電磁干擾的危害性，有利于變頻調(diào)速電梯的安全運行，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措施和手段，對解決早期變頻調(diào)速電梯因設計、制造、安裝不規(guī)范，和近期利用變頻拖動技術改造舊電梯中的電磁干擾問題，是目前較為普遍的做法。對變頻調(diào)速電梯在設計、制造、安裝過程中的電磁兼容性、抗電磁干擾能力及降低電磁干擾的過程控制，應作為電梯系統(tǒng)設計中綜合考慮的一部分，使變頻調(diào)速電梯產(chǎn)品符合GB7588-2003標準要求，是確保后期電梯安全運行的有效辦法。電磁兼容性提高，電磁干擾降低，抗電磁干擾能力增強，電梯故障率減少，才能進一步使電梯安全平穩(wěn)運行。
