李同明　郝向利

摘要：簡要介紹了公司HFW焊管生產(chǎn)線現(xiàn)場水壓機設(shè)備運行時，電氣控制部分軟啟動器受到的電磁干擾影響，分析了造成干擾的原因、通常解決問題的方法，以及現(xiàn)場問題的解決過程。

關(guān)鍵詞：HFW焊管;水壓機;軟啟動器;電磁干擾

中圖分類號：TG315.41

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.009

水壓機設(shè)備是焊管生產(chǎn)線上精整段的主要設(shè)備，主要作用是對焊管進行靜水壓試驗，檢驗焊管焊縫的承壓能力是否滿足相關(guān)標準要求。水壓機設(shè)備的正常運行是焊管生產(chǎn)線每天產(chǎn)品檢驗出庫的保障。在實際使用過程中，我公司水壓機的電控系統(tǒng)因電磁干擾不能正常運行，嚴重影響了生產(chǎn)正常運轉(zhuǎn)。

公司HFW鋼管生產(chǎn)線主要生產(chǎn)φ219 - φ610 mm的焊管，生產(chǎn)線由美國ABBEY公司設(shè)計，電氣全部采用美國ROC kWELL公司旗下AB公司的產(chǎn)品。由于生產(chǎn)的主要產(chǎn)品多集中在海洋石油項目上，壁厚大、質(zhì)量性能要求高，生產(chǎn)上一般采用感應(yīng)焊居多。精整段水壓機設(shè)備、電氣控制設(shè)備同樣采用美國AB公司產(chǎn)品，控制液壓站油泵的電氣器件有6臺全電壓軟啟動器，控制水泵的有5臺全電壓軟啟動器。在焊管線生產(chǎn)某些規(guī)格產(chǎn)品時，水壓機液壓站的油泵運行會出現(xiàn)周期性的反復(fù)啟動現(xiàn)象，而位置較遠的水泵運行表現(xiàn)卻始終正常，液壓泵頻繁起動最終導(dǎo)致熱保護動作停機，嚴重影響水壓機正常運行。

1 設(shè)備介紹

水壓機為美國BRONX公司設(shè)計的產(chǎn)品，電氣控制采用ROC kWELL旗下AB公司產(chǎn)品。其液壓站由4臺110 kW主泵和2臺75 kW輔泵、1臺15 kW循環(huán)泵、外加1臺15 kW的先導(dǎo)泵組成。水泵由2臺180 kW凈水泵、3臺55 kW污水泵組成。其油泵、水泵控制如圖1所示。

AB全電壓軟啟動器的型號為Bulletin 150 SMC PLUS，控制和過載保護器件采用AB E3 PLUS。水壓機設(shè)備電氣控制方式采用工業(yè)控制網(wǎng)（ ControlNet）轉(zhuǎn)設(shè)備網(wǎng)（Device Net）模塊通訊。所謂的全電壓軟啟動器，就是軟啟動器在啟動完成后并不退出主回路控制，可控硅仍控制全導(dǎo)通使三相電流通過，無需旁通接觸器跨接軟啟動器主回路給負載供電。具體如圖2所示。

2 問題分析

焊管線生產(chǎn)過程中，精整段水壓機的液壓站油泵軟啟動器運行過程中出現(xiàn)反復(fù)啟動現(xiàn)象，幾臺油泵的現(xiàn)象相同，焊管線一旦停止運行，這一現(xiàn)象就會消失，而水壓機分布相對較遠的采用相同控制方式的水泵卻沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象。后來經(jīng)過多次觀察和分析，我們發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象和焊管線運行有關(guān)，一旦焊管線高、中頻機停止運行而其他焊管線設(shè)備繼續(xù)運轉(zhuǎn)時這種現(xiàn)象也不會出現(xiàn)。通過短接網(wǎng)絡(luò)控制元件、直接控制軟啟動器運行的電氣方法，發(fā)現(xiàn)仍會出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象，因此我們排除了網(wǎng)絡(luò)控制的受干擾是造成該現(xiàn)象的原因，也就是說，這種現(xiàn)象是高頻機運行對全電壓軟啟動器本身造成干擾引起的，資料顯示頻率100 kHz以上的高頻焊機感應(yīng)圈周圍輻射主要以電磁波的形式存在，電場和磁場一般在1m以外強度減弱到國家要求范圍內(nèi);100 kHz以下頻率焊機周圍以電場和磁場形式存在，而且衰減的速度隨距離增加變快，1 kHz、500 kW的中頻機使用時功率一般最大在90%以內(nèi)且效率較高，電場與磁場的影響距離非常短。通過外委測量公司的企業(yè)工作場合物理因素，報告中電磁場測量也符合國家標準。

高頻焊機為美國THERMATOOL公司產(chǎn)品，1 200 kW，150 kHz。由于高頻機和水壓機均采用獨立的變壓器（10 kV/0.4 kV），電源線路相距有一定的距離，同時，水壓機水泵控制的電源也采用了380 V/220V AC的隔離變壓器，而且同型號、同樣工作狀態(tài)的水壓機水泵軟啟動器卻未受到干擾影響，所以，我們排除了通過電源線路污染造成軟啟動器受干擾的可能性，同時排除了高頻傳導(dǎo)干擾的方式。通過互換油泵和水泵軟啟動器的控制器，仍然是油泵軟啟動器工作受影響，水泵軟啟動器工作正常，這樣就排除了油泵軟啟動器本身故障導(dǎo)致出現(xiàn)這樣問題的可能。一般高頻干擾方式包括傳導(dǎo)干擾和電磁輻射干擾兩種，排除了傳導(dǎo)方式干擾，因此，我們認為高頻電磁輻射造成的干擾是導(dǎo)致水壓機軟啟動器的異常運行的主要原因。

觀察發(fā)現(xiàn)并不是生產(chǎn)所有規(guī)格時都出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，容易出現(xiàn)干擾現(xiàn)象的主要集中在φ273 - φ406 mm之間的幾種規(guī)格，高頻功率輸出在500 - 800 kW之間。由于HFW焊管生產(chǎn)過程中鋼管規(guī)格的變化，高頻設(shè)備主要是功率、感應(yīng)圈變化較大，頻率浮動不大。鋼管規(guī)格、壁厚、生產(chǎn)線速度變化，高頻機的功率就會相應(yīng)變化，感應(yīng)圈的大小、長短也不同。色瑪圖焊機功率自動匹配的過程中，一般在振蕩頻率上運行，由于受鋼管規(guī)格不同、感應(yīng)圈大小不同、匹配電抗器行程等因素影響，從焊機的顯示屏上看，實際運行頻率無法穩(wěn)定在150 kHz，有時會出現(xiàn)上下浮動，一般在149 - 151 kHz。在焊機焊接過程中，感應(yīng)圈套接在鋼管上，其中流過大功率的高頻電流，在電磁感應(yīng)加熱的過程中部分能量就會以電磁波形式輻射到周圍空間，距離近，信號強;距離遠，信號逐漸減弱。由于規(guī)格的變化導(dǎo)致使用不同的感應(yīng)圈和功率高低不同，恰好φ273 - φ406 mm常見的規(guī)格感應(yīng)圈與鋼管組合后，焊機功率自動匹配后在AB軟啟動器某些器件的振蕩頻率接近，設(shè)備的距離又相對較近，就容易受到這種頻率的電磁輻射干擾，特別是軟啟動移相電路部分，使控制品閘管全導(dǎo)通后又再次移相起動，設(shè)備的正常運行受到影響。隨著距離增加和其他物體的吸收，電磁輻射會逐漸減弱，受到該輻射的影響就會減少。這樣就符合較近的液壓站軟啟動器容易受干擾，較遠的水泵軟啟動器未受到干擾的要求。

我們知道，高頻焊機就是利用高頻電流具有的特性，即臨近效應(yīng)和集膚效應(yīng)，在成型焊接機架V形角區(qū)域通過感應(yīng)圈對管體板材表面集中加熱融化，經(jīng)焊接擠壓輥擠壓后粘接在一起的焊接方法。在HFW焊管生產(chǎn)過程中，焊機由于是高頻率大功率的焊接使用，不可避免地產(chǎn)生一定的電磁輻射和整流導(dǎo)致的電源污染。電磁干擾（ electro-magneticinterference.EMI）是指系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)的一些與有用信號無關(guān)的、并且對系統(tǒng)性能或信號傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。盡管目前各大電氣產(chǎn)品都有相關(guān)電磁兼容的設(shè)計，現(xiàn)實中電磁輻射干擾仍時常發(fā)生，對其他設(shè)備的正常運行造成一定的影響。

3 解決方法

電磁輻射干擾的防止一般采用屏蔽的方式。理論上采用如圖3的形式。

高頻磁場采用低電阻率的金屬良導(dǎo)體材料來屏蔽，如銅、鋁，當(dāng)高頻磁場穿過金屬板時由于電磁感應(yīng)原理在金屬板上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于金屬板的電導(dǎo)率很高所以產(chǎn)生很大的渦流，如圖3（a）所示。渦流又產(chǎn)生反磁場，與穿過金屬板的原磁場相互抵消，同時又增強了金屬板周圍的原磁場，總的效果是使磁力線在金屬板四周繞行而過。如果做一個金屬盒把線圈包圍起來，則線圈電流產(chǎn)生的高頻磁場在金屬盒內(nèi)壁產(chǎn)生渦流，從而把原磁場限制在盒內(nèi)，不至于向外泄漏，起到主動屏蔽作用。金屬盒外的高頻磁場同樣由于渦流作用只能繞過金屬盒，而不能進入盒內(nèi)，起到了被動屏蔽的作用，如圖3 （b）所示。由于高頻電流具有集膚效應(yīng)，渦流只在金屬表面的薄層中流過，金屬屏蔽體不需太厚，薄薄一層（ 0.2 - 0.8 mm）金屬良導(dǎo)體就能起到良好的高頻磁場屏蔽作用。

電場屏蔽與磁場屏蔽相似，磁場屏蔽和接地與否關(guān)系不大，但電場屏蔽一般必須接地，所以常見的均是接地方式屏蔽。焊管生產(chǎn)線電氣柜本身是鐵制品，我們檢查測試電氣柜體互相連接及接地均顯示良好，軟啟動器設(shè)備本身進行單獨接地試驗后也無明顯效果;采用鋁箔包裹屏蔽軟啟動器控制部分，單獨接地，但可能由于軟啟動器的原進出線采用銅排，軟啟動器本身散熱排風(fēng)、連接電纜等影響，屏蔽后試驗效果并不非常理想，偶爾仍會出現(xiàn)干擾現(xiàn)象?？紤]現(xiàn)場無論采用薄的銅或鋁板制作主動屏蔽高頻焊機或被動屏蔽軟啟動器本身或柜體的殼體，同時又不影響其他設(shè)備的正常使用，實際操作起來都存在較大問題。

實際處理中，我們在嘗試其他解決方案無法獲得較好的效果后，最后采用了改動原有電氣線路，使該全電壓軟啟動器僅僅在油泵啟動過程中發(fā)揮啟動作用，即與普通軟啟動器作用相同，啟動完成后就利用接觸器旁路切除軟啟動器的運行，使油泵工作在正常國網(wǎng)電壓下，解決了原液壓站運行過程中受輻射干擾、頻繁起動的問題。

4 結(jié)束語

在實際現(xiàn)場，往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護，因為設(shè)備或系統(tǒng)上的電纜等也會干擾接收和發(fā)射天線。許多設(shè)備單臺做電磁兼容實驗時都沒有問題，但當(dāng)兩臺設(shè)備連接起來以后，就無法滿足電磁兼容的要求。高頻焊機工作時的電磁輻射，對其他設(shè)備產(chǎn)生影響的事例并不多見，但某些設(shè)備運行中仍會受到干擾，影響設(shè)備的正常使用。實際焊管生產(chǎn)線現(xiàn)場的布局比較固定，設(shè)備受到干擾后采取屏蔽等防制措施實施起來比較困難，因此，電氣設(shè)備制造商以及機電一體化系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)在相關(guān)設(shè)備制造、現(xiàn)場布局和安裝時加強電磁兼容這方面的考慮，避免實際工作中產(chǎn)生相互影響。

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