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        電磁流量計

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        深入研究電磁流量計與變頻器同時使用出現的干擾以及解決方案

        來源:作者:發表時間:2017-08-30 09:44:20

         摘要:用變頻器來調節、控制供水流量的方法方便、節能,但在線監測系統的流量信號易受變頻器影響而出現信號失真和信號大幅度波動。本文根據電磁流量計和變頻器同時使用出現的干擾現象,分析了干擾的有關問題,并且對這種信號失真和信號波動現象進行了深入研究,提出了用信號隔離的方法可消除變頻器對流量信號干擾的方案。實際應用表明,這些技術有較好的抗干擾效果。

         
                 隨著電力電子技術的進步,變頻調速 [1] 技術得到飛速發展,變頻調速以其良好的調速性能、顯著的節能效果、啟動時對電網沖擊小等優點在流量控制與調節、換熱系統中得到了廣泛的應用,同時,在流量測量中電磁流量計測量準確、可靠,因而他們被廣泛的應用在一起。但是在應用中發現,變頻器對周圍的電磁流量計及其他監測監控設備存在著污染現象,表現為:當變頻器在變頻工況運行時,電磁流量計的信號嚴重失真,變頻器停止運行時,監測數據恢復了正常。筆者為了解決流量在線監測系統在變頻工況下信號受干擾 [2]的問題,對在線監測系統本身的抗干擾進行了一些探討,結合自己的工程實踐,提出了在流量信號采集的輸入端加入信號隔離裝置 [3]的方法,在實際應用中效果明顯。
         
        1 、變頻器的變頻干擾
                 變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載,輸人和輸出電流中都含有很多的高次諧波成分。有資料表明,輸人電流中的5次諧波和7次諧波的諧波分量是**大的,分別是50Hz基波的70%和80%,它們以各種方式把自己的能量傳遞出去,其中以電磁波的方式為主,對電網內的其他電子電氣設備產生諧波干擾,引起測控系統、監控系統失準失靈,嚴重破壞了系統的穩定性,其中對電磁流量計的干擾更為嚴重;另外變頻器的逆變器大多采用PWM [4] 技術,當作高速切換時產生大量的耦合噪聲,對電子設備也產生嚴重的干擾。
         
                 變頻器的高次諧波傳輸方式與一般的電磁干擾途徑比較類似,主要有電路藕合、感應藕合和空中輻射幾種方式。其中電路藕合是因為輸人電流為非正弦波,使網絡電壓產生畸變,影響其他設備正常工作;感應藕合是因為當變頻器和其他設備距離比較近時,電感產生的電磁感應或電容產生的靜電感應通過線間感應的方式傳播,諧波以感應方式藕合到其他設備中去;空中輻射是以電磁波方式向空中輻射,這是高頻率諧波的主要傳播方式。
         
        2、變頻工況下流量信號失真的解決
                 隔離器實現了輸入對輸出、對電源的隔離電路設計,因此無需系統接地線路,也正是由于這種信號線路無需共地的設計,使得檢測和控制回路信號的穩定性和抗干擾能力大大增強,同時,隔離電路中還增加了濾波功能,能濾出高次諧波,從而提高了整個系統的可靠性。信號隔離器分為有源和無源,有源隔離器是需要外接電源,無源不需要外接電源,只需要接信號源,本文用的就這是這種無源隔離器。圖(一)是隔離器的內部結構與外界連接圖,對于輸出4-20mA電流的電磁流量計信號隔離的話,只要把電磁流量計的輸出端接入信號隔離器的輸入端,信號隔離器的輸出端接入信號采集系統輸入端就可以完成隔離,接線簡單、快捷,同時信號隔離器在其輸入端裝有濾波電容,具有濾波的功能,將可能會對輸入端的信號產生干擾的諧波給濾除掉,減小外界諧波對信號的干擾,增強測試數據和控制的精確度。
        隔離器的內部結構與外界連接圖
        通過對量程為30L/min電磁流量計接入隔離器前后流量電壓信號的對比表
                 表(一)是通過對量程為30L/min電磁流量計接入隔離器前后流量電壓信號的對比表,從表中四組數據可以清晰的得出三個結論:
                 (1)變頻器未啟動時,電磁流量計的電壓信號有波動,也說明了周圍環境的確會影響電磁流量計的信號傳遞,但干擾很小,可以忽略不計。
                 (2)當變頻器接通時,電磁流量計的電壓信號波動很大,說明變頻器確實對電磁流量計干擾比較大,且隨著變頻器頻率加大而加大,頻率越高干擾越大。
                 (3)當接通變頻器且在采集系統輸入端加信號隔離時,干擾明顯被抑制,達到了抑制變頻器產生的干擾信號的目的。
         
        3 、結語
                 用變頻技術控制和調節流量,是現在流量監測系統常用的方法,但變頻諧波干擾對流量在線監控技術產生了不利的影響,如果能有效解決變頻干擾,變頻技術將會在要求更精確的場合廣泛使用,本文是筆者根據自己的工程實踐,提出的抗變頻干擾方法,在實際應用中效果明顯。
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