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电磁流量计

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深入研究电磁流量计与变频器同时使用出现的干扰以及解决方案

来源:作者:发表时间:2017-08-30 09:44:20

 摘要:用变频器来调节、控制供水流量的方法方便、节能,但在线监测系统的流量信号易受变频器影响而出现信号失真和信号大幅度波动。本文根据电磁流量计和变频器同时使用出现的干扰现象,分析了干扰的有关问题,并且对这种信号失真和信号波动现象进行了深入研究,提出了用信号隔离的方法可消除变频器对流量信号干扰的方案。实际应用表明,这些技术有较好的抗干扰效果。

 
         随着电力电子技术的进步,变频调速 [1] 技术得到飞速发展,变频调速以其良好的调速性能、显著的节能效果、启动时对电网冲击小等优点在流量控制与调节、换热系统中得到了广泛的应用,同时,在流量测量中电磁流量计测量准确、可靠,因而他们被广泛的应用在一起。但是在应用中发现,变频器对周围的电磁流量计及其他监测监控设备存在着污染现象,表现为:当变频器在变频工况运行时,电磁流量计的信号严重失真,变频器停止运行时,监测数据恢复了正常。笔者为了解决流量在线监测系统在变频工况下信号受干扰 [2]的问题,对在线监测系统本身的抗干扰进行了一些探讨,结合自己的工程实践,提出了在流量信号采集的输入端加入信号隔离装置 [3]的方法,在实际应用中效果明显。
 
1 、变频器的变频干扰
         变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,输人和输出电流中都含有很多的高次谐波成分。有资料表明,输人电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的,分别是50Hz基波的70%和80%,它们以各种方式把自己的能量传递出去,其中以电磁波的方式为主,对电网内的其他电子电气设备产生谐波干扰,引起测控系统、监控系统失准失灵,严重破坏了系统的稳定性,其中对电磁流量计的干扰更为严重;另外变频器的逆变器大多采用PWM [4] 技术,当作高速切换时产生大量的耦合噪声,对电子设备也产生严重的干扰。
 
         变频器的高次谐波传输方式与一般的电磁干扰途径比较类似,主要有电路藕合、感应藕合和空中辐射几种方式。其中电路藕合是因为输人电流为非正弦波,使网络电压产生畸变,影响其他设备正常工作;感应藕合是因为当变频器和其他设备距离比较近时,电感产生的电磁感应或电容产生的静电感应通过线间感应的方式传播,谐波以感应方式藕合到其他设备中去;空中辐射是以电磁波方式向空中辐射,这是高频率谐波的主要传播方式。
 
2、变频工况下流量信号失真的解决
         隔离器实现了输入对输出、对电源的隔离电路设计,因此无需系统接地线路,也正是由于这种信号线路无需共地的设计,使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强,同时,隔离电路中还增加了滤波功能,能滤出高次谐波,从而提高了整个系统的可靠性。信号隔离器分为有源和无源,有源隔离器是需要外接电源,无源不需要外接电源,只需要接信号源,本文用的就这是这种无源隔离器。图(一)是隔离器的内部结构与外界连接图,对于输出4-20mA电流的电磁流量计信号隔离的话,只要把电磁流量计的输出端接入信号隔离器的输入端,信号隔离器的输出端接入信号采集系统输入端就可以完成隔离,接线简单、快捷,同时信号隔离器在其输入端装有滤波电容,具有滤波的功能,将可能会对输入端的信号产生干扰的谐波给滤除掉,减小外界谐波对信号的干扰,增强测试数据和控制的精确度。
隔离器的内部结构与外界连接图
通过对量程为30L/min电磁流量计接入隔离器前后流量电压信号的对比表
         表(一)是通过对量程为30L/min电磁流量计接入隔离器前后流量电压信号的对比表,从表中四组数据可以清晰的得出三个结论:
         (1)变频器未启动时,电磁流量计的电压信号有波动,也说明了周围环境的确会影响电磁流量计的信号传递,但干扰很小,可以忽略不计。
         (2)当变频器接通时,电磁流量计的电压信号波动很大,说明变频器确实对电磁流量计干扰比较大,且随着变频器频率加大而加大,频率越高干扰越大。
         (3)当接通变频器且在采集系统输入端加信号隔离时,干扰明显被抑制,达到了抑制变频器产生的干扰信号的目的。
 
3 、结语
         用变频技术控制和调节流量,是现在流量监测系统常用的方法,但变频谐波干扰对流量在线监控技术产生了不利的影响,如果能有效解决变频干扰,变频技术将会在要求更精确的场合广泛使用,本文是笔者根据自己的工程实践,提出的抗变频干扰方法,在实际应用中效果明显。