变频系统抗干扰中的接地措施

    接地的作用总的概括起来只有两种：保护人和设备不受损害的保护接地和为抑制电磁干扰的接地，又叫工作接地。变频调速系统的接地通常有以下几类。    (1)保护接地。保护接地是将变频控制系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳、操作台外壳等）与地之间形成良好的电气连接，以保护设备和人身安全。原因是变频控制系统的供电是强电供电，通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其他故障）造成电源的供电相线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体。如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的电气连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。    变频控制系统的所有设备均有一个保护地，该保护地一般在机柜和其他设备设计加工时就已在内部接好，有的系统中已将该保护地在内部同电源进线的保护地（三芯插头的中间头）连在一起，有的不允许将保护地同该线相连，用户一定要仔细阅读厂家提供的接地安装说明书，不管哪种方式，保护地必须将一台设备（控制站、操作员站等）上所有的外设或系统的保护地连在一起，然后用较粗的绝缘铜导线将各站的保护地连在一起，最后从一点上与大地接地系统相连。还有一点值得注意的是，变频器的所有外设必须从一条供电回路上供电，而不允许从其他回路供电，否则可能会烧坏接口甚至设备，对于不得不用长线连接的场合，应用较粗导线提供供电电源，或采取通信隔离措施。    (2)工作接地。工作接地是为了使变频控制系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其他防爆系统中还有本安接地。    1)机器逻辑地。也叫主机电源地，是变频器内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。    2)信号回路接地。如各变送器的负端接地、开关量信号的负端接地等。信号地的处理原则上不允许各变送器和其他的传感器在现场端接地，而都应将其负端在变频器端子处一点地。但在有些场合，现场端必须接地，这时，必须注意原信号的输入端子（上双端）绝对不许和变频控制系统的接地线有任何电气连接，而变频控制系统在处理这类信号时，必须在前端采用有效的隔离措施。    3)屏蔽接地（传输模拟信号导线屏蔽层的接地）。模拟地是所有的接地中要求最高的一种。几乎所有的系统都提出模拟地一点接地，而且接地电阻小于1Ω。变频器设计和制造中，在机柜内部都安置了模拟地汇流排或其他设施。用户在接线时将屏蔽线分别接到模拟地汇流排上，在机柜底部，用绝缘多股铜导线连到一点，然后将各机柜的汇流点再用绝缘多股铜导线或铜条以辐射状连到接地点。大多数的变频器不仅要求各机柜模拟地的接地电阻< 1Ω，而且各机柜之间的连接电阻也要< 1Ω。    4)本安接地。是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备不同而不同，安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路，则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围内，使现场端不至于产生很高的温度，引起燃烧。如果变频器一端产生故障，则高压电信号加入了信号回路，则由于齐纳二级的钳位作用，也使电压位于安全范围。值得提醒的是，由于齐纳安全栅的引入，使得信号回路上的电阻增大了许多，因此，在设计输出回路的负载能力时，除了要考虑真正的负载要求以外，还要充分考虑安全栅的电阻，要留有余地。    (3)供电系统地。在很多企业，特别是电厂、冶炼厂等，其厂区内有一个很大的地线网，而通常供电系统的地是与地线网连在一起的。有的厂家强调变频控制系统的所有接地必须和供电系统地以及其他（如避雷地）严格分开，而且之间至少应保持15m以上的距离。为了彻底防止供电系统地的影响，并在变频器供电线线路用隔离变压器隔开。这对那些电力负荷很重，而且负荷经常启停较频繁的用电系统是应注意的。从抑制干扰的角度来看，将电力系统地和变频器系统的所有地分开是很有好处的，因为一般电力系统的地线的干扰都很大。但从工程角度来看，在有些场合下单设变频器系统地并保证其与供电系统地隔开一定距离是很困难的，这时可以考虑能否将变频控制系统的地和供电地共用一个，这要考虑几个因素：    1)供电系统地上是否干扰很大，如大电流设备启停是否频繁，对地产生的干扰是否大。    2)供电系统地的接地电阻是否足够小，而且整个地网各个部分的电位差是否很小，即地网的各部分之间是否阻值很小。    3)变频控制系统的抗干扰能力以及所用到的传输信号的抗干扰能力，例如有无小信号（热电偶，热电阻）的直接传输等。    所有变频控制系统接线涉及到的接地采用一点接地方式，在这一点上，也有很多争议。有的厂家系统提出几个地：逻辑地、屏蔽地（又叫模拟地）、信号地、保护地分别各自接地，而大部分系统则指出各种地在机柜内部自己分别接地，汇于一点，然后用较粗的导体（铜）将各汇地点连起来，接到一个公共的接地体上。    (4)测试中的接地问题。在变频器产品的维修过程中，由于采用三相逆变桥控制，在输出功率模块损坏时，需采用示波器观察三相驱动信号与输出电压、电流波形。一般对于小功率变频器，开关管T1、T3、T5采用三组独立的驱动电源，开关T4、T6、T2采用一组驱动电源，四组电源间及与大地之间绝缘电压要求达到2000VDC以上；而对于大功率变频器，为了减少彼此之间干扰，开关T1~ T6采用六组独立电源。因此，在采用示波器测量PWM驱动波形时，最好不要直接测量，应采用高压探头进行测量。如无隔离措施，建议将示波器电源接地端子拔掉，以确保示波器机壳带电部分与其他电源或线路绝缘，特别是将示波器放置于导电的防静电实验台上时，要注意其外露金属壳体部分不与导电桌布接触，然后采用带衰减的示波器探头直接测量。另外要特别提醒的是：尽管大多数电源插座未接地线，但插在同一插座上的设备地线也可能形成了地回路，如使用不当，有时会造成多台设备损坏的局面。测试设备的电源最好全部采用隔离电源。    以上讨论了几种接地的方法和注意事项。在不同的系统中，对这几种接地的组态要求不同，但大多数系统对模拟地的接地电阻一般要求1Ω以下，而安全栅的接地电阻应< 4fΩ，最好<1Ω，保护地和工作地的接地电阻应小于4Ω。实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰韵侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器本身有专用接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发，必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻应小于1Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。