胡靜波 馮月貴 王會(huì)方 韓郡業(yè)

（南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京 210017）

起重機(jī)電氣系統(tǒng)電磁兼容性研究方法概述

胡靜波 馮月貴 王會(huì)方 韓郡業(yè)

（南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京 210017）

起重機(jī)電氣系統(tǒng)電磁兼容性是影響整機(jī)安全的重要因素之一，本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)已有的起重機(jī)電磁兼容性研究方法進(jìn)行了論述，并分析和指出了這些方法存在的問(wèn)題和不足，接著從特征數(shù)據(jù)庫(kù)建立、干擾源數(shù)據(jù)分析、仿真預(yù)測(cè)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)和干擾抑制方法等五個(gè)方面詳細(xì)論述了開(kāi)展起重機(jī)電氣系統(tǒng)電磁兼容性定量研究的具體方法，最后從干擾源分析、數(shù)據(jù)處理、標(biāo)準(zhǔn)制定和抑制干擾等方面論述了電磁兼容性定量研究方法的具體實(shí)現(xiàn)路徑。

起重機(jī) 電磁兼容性 定量研究 測(cè)試技術(shù)Comprehensive Reviews on Research Methods

起重機(jī)是一種垂直提升和水平搬運(yùn)重物的機(jī)電設(shè)備，是機(jī)電類特種設(shè)備的一種。行業(yè)的發(fā)展，對(duì)起重機(jī)的要求也向著大型化、高速化、智能化的方向發(fā)展，同時(shí)對(duì)其運(yùn)行安全性的要求越來(lái)越嚴(yán)格。起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)近年來(lái)已從原先的繼電器—接觸器電路逐步向結(jié)合了高效數(shù)字信號(hào)處理和無(wú)線通訊等技術(shù)的數(shù)字集成控制系統(tǒng)發(fā)展。電磁兼容性是電氣控制系統(tǒng)安全性中最重要的一個(gè)因素。起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的電磁兼容性可分為起重機(jī)本體和周邊環(huán)境兩個(gè)層次。對(duì)起重機(jī)本體而言，一方面要求在起重機(jī)的使用過(guò)程中機(jī)上的各類電子、電氣設(shè)備的正常工作不會(huì)產(chǎn)生不良的互相影響；另一方面要求機(jī)上的電子設(shè)備即使受到其他電子電氣設(shè)備影響時(shí)，也能正常工作。對(duì)起重機(jī)周邊環(huán)境而言，要求起重機(jī)在正常工作時(shí)，機(jī)上的電子設(shè)備不會(huì)向環(huán)境及環(huán)境中的其他設(shè)備施放超過(guò)允許范圍的干擾[1]。

1 已有的起重機(jī)電磁兼容性研究方法

通用電子設(shè)備的電磁兼容安全性開(kāi)始并未受到重視，相關(guān)研究和技術(shù)要求并不十分嚴(yán)謹(jǐn)。對(duì)電子設(shè)備電磁兼容性的充分研究開(kāi)始于軍事領(lǐng)域，并逐步向民用通用型電子設(shè)備領(lǐng)域過(guò)渡。在國(guó)外，較早時(shí)期已頒布了一系列的法令和標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)通用型電子設(shè)備的電磁兼容性做出規(guī)定，如1989年由歐共體頒布的89 /336/EEC指令等[2]。在國(guó)內(nèi)，直到上世紀(jì)八十年代才逐步開(kāi)始電子設(shè)備電磁兼容安全性的理論研究，第一部相對(duì)完整的規(guī)范性文件為《飛機(jī)設(shè)備電磁兼容性要求和測(cè)試方法》，該規(guī)范由原航空工業(yè)部頒布。此后，在通用型電子設(shè)備領(lǐng)域和小型用電設(shè)備領(lǐng)域，我國(guó)逐步開(kāi)展了電磁兼容性的研究，并先后制定了近百個(gè)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。但在大型機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，尤其是起重機(jī)械領(lǐng)域，一直沒(méi)有開(kāi)展系統(tǒng)的研究，多年來(lái)并無(wú)與之相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施。工程機(jī)械領(lǐng)域的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)機(jī)械電氣設(shè)備內(nèi)帶供電單元的建設(shè)機(jī)械電磁兼容要求》直到2012年才正式頒布。在該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了移動(dòng)式起重機(jī)、混凝土泵車、環(huán)衛(wèi)車等采用內(nèi)帶供電單元形式的工程機(jī)械電磁兼容性性能評(píng)價(jià)所必需的技術(shù)要求，以及滿足標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法和準(zhǔn)則[3]。但對(duì)于在數(shù)量上占大多數(shù)的橋門式起重機(jī)和塔式起重機(jī)而言，電氣控制系統(tǒng)的電磁兼容性測(cè)試并不能完全依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的要求和規(guī)定。

隨著電控系統(tǒng)在起重機(jī)整機(jī)中重要程度的增加，近年來(lái)國(guó)內(nèi)已有不少研究人員對(duì)其電磁兼容性開(kāi)展了一系列的研究和測(cè)試工作。在文獻(xiàn)[4]中，當(dāng)一臺(tái)12.5t抓斗起重機(jī)在靜載試驗(yàn)中出現(xiàn)溜鉤事故后，研究人員分析了該起重機(jī)所處的使用環(huán)境，并從起重機(jī)周邊的監(jiān)控設(shè)備、生產(chǎn)控制設(shè)備的互相干擾等角度，分析了事故發(fā)生的原因。并提出了在起重機(jī)變頻器輸入輸出端設(shè)置濾波器，使用隔離線路，調(diào)對(duì)干擾源進(jìn)行屏蔽和改進(jìn)接地方式等措施，在改造后該起重機(jī)恢復(fù)了正常工作。在文獻(xiàn)[5]中，研究人員針對(duì)一臺(tái)絕緣加料橋式起重機(jī)無(wú)法正常工作的情況，分析了其使用環(huán)境的特殊性，對(duì)該車間內(nèi)配電電網(wǎng)的三相電壓不平衡、環(huán)境強(qiáng)磁場(chǎng)、和整流設(shè)備等進(jìn)行了定性分析，同時(shí)提出了采用增加輸出濾波器、改善電機(jī)接地、加裝直流電抗器等措施，以提高整機(jī)的電磁兼容性，最終使起重機(jī)變頻系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。在文獻(xiàn)[6]中，某起重機(jī)電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障，研究人員分析故障發(fā)生的原因是常用電氣元件引起的干擾和受到的外界干擾，同時(shí)進(jìn)一步分析了起重機(jī)在電氣設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試過(guò)程中產(chǎn)生干擾的具體原因。在文獻(xiàn)[7]中，某臺(tái)起重機(jī)電控系統(tǒng)中的變頻器產(chǎn)生了較大的干擾，研究人員通過(guò)分析，說(shuō)明了該變頻調(diào)速方式干擾產(chǎn)生的原因及其傳播的途徑，并著重說(shuō)明了變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的高次諧波對(duì)起重機(jī)上各類電子裝置產(chǎn)生的干擾方式，以及外界干擾對(duì)該類型變頻器工作的影響。

從以上研究人員對(duì)起重機(jī)電控系統(tǒng)電磁兼容性的研究方法中可以看出，大部分是當(dāng)單臺(tái)起重機(jī)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或隱患后，針對(duì)該起重機(jī)所出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析，缺乏對(duì)通用型起重機(jī)電控系統(tǒng)電磁兼容性的分析。在具體的分析和研究環(huán)節(jié)中，大部分是從通用型電子設(shè)備的電磁兼容性原理的角度入手進(jìn)行的定性分析，缺乏針對(duì)起重機(jī)電控系統(tǒng)特定的定量分析和研究。在改進(jìn)措施的實(shí)施中，也只是依據(jù)電子設(shè)備通用的電磁兼容性改進(jìn)方法提出了在起重機(jī)上應(yīng)當(dāng)采取的相應(yīng)措施，但缺乏對(duì)這些措施實(shí)施效果的定量分析。

2 起重機(jī)電磁兼容性定量研究方法內(nèi)容

針對(duì)當(dāng)前對(duì)起重機(jī)電控系統(tǒng)電磁兼容性研究的不足，結(jié)合起重機(jī)的產(chǎn)品特點(diǎn)和使用性能，可進(jìn)行有針對(duì)性的定量研究和分析，具體來(lái)說(shuō)包括以下內(nèi)容。

2.1 干擾源分析、特性采集和特征數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

對(duì)任何類型設(shè)備電氣系統(tǒng)的電磁兼容性研究，首要的是了解和掌握其干擾源特性。首先必須直接對(duì)起重機(jī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其特性數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，建立相應(yīng)的特征數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)分析電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)，從電磁干擾源、干擾傳播途徑和敏感設(shè)備三要素入手，結(jié)合起重機(jī)上各類電器元件的特性，確定起重機(jī)電氣系統(tǒng)內(nèi)部的典型干擾源。針對(duì)各干擾源，在起重機(jī)不同工況、不同端口、采取相應(yīng)的測(cè)試方法，獲得干擾源特性測(cè)試數(shù)據(jù)。同時(shí)建立包括測(cè)試儀器、試驗(yàn)參數(shù)、背景電磁環(huán)境等在內(nèi)的起重機(jī)電氣系統(tǒng)電磁兼容數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步的深入研究奠定基礎(chǔ)。

2.2 干擾源測(cè)試數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)的研究

電磁兼容性研究中需要的數(shù)據(jù)源不能包含過(guò)多的隨機(jī)誤差和背景噪音，因此在現(xiàn)場(chǎng)采集中獲得的原始波形數(shù)據(jù)不能直接用于起重機(jī)電磁兼容性的研究，需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波等后處理，在此類后處理中可同時(shí)獲得有效的干擾源波形評(píng)價(jià)和騷擾特性指標(biāo)。這就需要對(duì)干擾源數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行深入研究，采用假設(shè)檢驗(yàn)、參數(shù)估計(jì)或回歸分析等分析手段，矢量匹配法等分析方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的阻抗特性曲線獲得騷擾源阻抗特性。從而獲得起重機(jī)電氣系統(tǒng)中水平較高的干擾源及其特征參數(shù)。

2.3 電磁干擾仿真預(yù)測(cè)技術(shù)研究

在獲得起重機(jī)整機(jī)和關(guān)鍵部件的電磁兼容特性數(shù)據(jù)后，為進(jìn)一步分析干擾源產(chǎn)生機(jī)理，需要結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立干擾系統(tǒng)的仿真模型。建立基于等效電路法的典型干擾源仿真模型，可采用相關(guān)的三維電磁場(chǎng)仿真軟件，在建模時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮起重機(jī)本體結(jié)構(gòu)、線束布線位置及線纜特征，建立起重機(jī)整機(jī)的線束仿真模型。進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾傳播途徑的仿真模型建立，同時(shí)研究各類時(shí)域分析方法在傳輸線仿真上的應(yīng)用[8]。

2.4 電磁兼容性測(cè)試技術(shù)研究

對(duì)起重機(jī)電磁騷擾源及其作用方法、影響因素研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，比較現(xiàn)有測(cè)試方法和依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不足，在對(duì)大量的起重機(jī)電氣系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試、分析和比較中，逐步形成起重機(jī)電氣系統(tǒng)主要部件、關(guān)鍵設(shè)備以及整機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化電磁兼容性測(cè)試方法和關(guān)鍵部件的電磁抗擾度指標(biāo)體系。

2.5 傳導(dǎo)干擾抑制方法研究

對(duì)起重機(jī)電氣系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、機(jī)理分析和建模仿真的最終目的系統(tǒng)具有良好的工作性能，達(dá)到穩(wěn)定、安全的工作狀態(tài)，最直接的方法就是采取一定的抑制傳導(dǎo)干擾產(chǎn)生和傳播的方法?？蓮慕档透蓴_源干擾強(qiáng)度和干擾耦合傳播途徑優(yōu)化兩個(gè)方面入手，針對(duì)特點(diǎn)起重機(jī)的干擾源原理、耦合途徑和干擾源分布等情況，分別利用常規(guī)的和新的電磁干擾抑制方法和手段進(jìn)行研究和試驗(yàn)，以達(dá)到抑制原有電氣系統(tǒng)電磁干擾的目的。

3 起重機(jī)電磁兼容性定量研究方法實(shí)施路徑

可采用如圖1所示的路徑進(jìn)行起重機(jī)電磁兼容性定量研究。

首先，對(duì)起重機(jī)的干擾源進(jìn)行分析，從電磁干擾源、干擾傳播途徑和敏感設(shè)備三個(gè)角度入手，結(jié)合起重機(jī)上各類電器元件的特性，對(duì)典型干擾源進(jìn)行分類。針對(duì)不同干擾源的特征，參考現(xiàn)有的電氣設(shè)備電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試起重機(jī)不同工況下的特性數(shù)據(jù)，建立起重機(jī)電氣系統(tǒng)電磁兼容數(shù)據(jù)庫(kù)。

其次，深入研究各類數(shù)據(jù)后處理方法，對(duì)測(cè)試獲得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析，獲得有效的干擾源波形評(píng)價(jià)和騷擾特性指標(biāo)。同時(shí)研究線性耦合阻抗分析技術(shù)以及獲得騷擾源阻抗特性的分析方法，最終獲取起重機(jī)電氣系統(tǒng)中水平較高的干擾源及其特征參數(shù)。

圖1 研究技術(shù)路線

再次，研究仿真預(yù)測(cè)技術(shù)在起重機(jī)電磁干擾上的應(yīng)用，建立基于等效電路法的典型干擾源仿真模型；建立包含起重機(jī)本體結(jié)構(gòu)、線束布線位置及線纜特征在內(nèi)的整機(jī)線束模型仿真；建立傳導(dǎo)騷擾傳播途徑仿真模型，最終完成起重機(jī)整機(jī)的電磁兼容仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)。

在以上測(cè)試和研究的基礎(chǔ)上，研究現(xiàn)有測(cè)試方法和依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不足，逐步形成起重機(jī)電氣系統(tǒng)主要部件、關(guān)鍵設(shè)備以及整機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化電磁兼容性測(cè)試新方法和關(guān)鍵部件的電磁抗擾度新指標(biāo)體系。

最后，從降低干擾源干擾強(qiáng)度和優(yōu)化干擾耦合傳播途徑兩個(gè)角度對(duì)起重機(jī)電氣系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾抑制方法進(jìn)行研究，形成適用于起重機(jī)的電磁干擾抑制方法，達(dá)到抑制起重機(jī)原有電氣系統(tǒng)電磁干擾的目的，以保障起重機(jī)電氣系統(tǒng)的安全性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)起重機(jī)電磁兼容性的研究和重視，可降低電磁干擾造成的事故隱患，減少電磁干擾帶來(lái)的危害，推動(dòng)起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，更好的保障起重機(jī)使用安全性。同時(shí)，對(duì)起重機(jī)使用企業(yè)來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)起重機(jī)電磁兼容性的檢驗(yàn)檢測(cè)和預(yù)測(cè)可降低起重機(jī)電氣故障發(fā)生率，減少事故隱患，保證企業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)降低起重機(jī)維修成本。

目前我國(guó)起重機(jī)械行業(yè)內(nèi)對(duì)電氣系統(tǒng)電磁兼容性的認(rèn)識(shí)已越來(lái)越重視，但大部分起重機(jī)整機(jī)和電氣系統(tǒng)生產(chǎn)廠商還沒(méi)有完善的電磁兼容測(cè)試設(shè)備和測(cè)試手段。為推動(dòng)起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，應(yīng)更加重視起重機(jī)電磁兼容性的研究，通過(guò)分析和測(cè)試，加快標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法的應(yīng)用和相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

[1] 胡靜波，王會(huì)方．起重機(jī)電磁兼容性綜述[J]．電子世界，2014(7)：200-201.

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for EMC of Crane Electrical System

Hu Jingbo Feng Yuegui Wang Huifang Han Junye
(Nanjing Special Equipment Inspection Institute Nanjing 210017)

EMC of crane electrical system is one of the important factors those affect the safety of the whole machine. First of all, current research methods on EMC of crane electrical system were introduced and the inadequacies of research were pointed out. Then the methods of quantitative study on EMC of crane electrical system were discussed in detail from characteristic database establishment, interference source data analysis, simulation technology, testing technique and interference suppression method. Finally, the specific route of study on EMC of crane electrical system was analyzed and explained in the article from interference source analysis, data processing, standard setting and suppression of interference.

Crane EMC Quantitative study Test technique

X941

B

1673-257X(2016)11-0010-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.11.003

胡靜波(1980～)，男，碩士，工程師，從事特種設(shè)備安全技術(shù)研發(fā)工作。

2016-03-15）