随着近年来电梯控制技术的发展，控制系统的电磁兼容论题也越来越受到重视。同时由于在电梯系统实际应用中，对于电磁兼容的欠了解、不规范的实施而暴露出来的问题，也是形成诸多故障和困扰的主要原因。在此，笔者针对电梯控制系统内容进行相关研究，从而实现正确、规范的电磁兼容手段和措施，以便达到良好的电梯运行效果。

　　1电磁兼容的概念

　　电磁兼容(electromagnetic compatibility,简称 EMC)—般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。对于一部电梯而言，它的控制系统以及周边的设备是由诸多电子电气设备组成，而且这些电气设备都有各自的工作特性，导致各自会产生一定的电磁干扰或者容易受到电磁干扰，因此有必要对整个电梯的控制系统进行分析并采取措施对电磁干扰进行抑制，以达到“兼容” 的目的。

　　2电梯控制系统的组成

　　电梯控制系统由若干电子电气设备组成，例如：控制电路板，变频器，曳引机，速度旋转编码器，接触器、继电器、断路器，变压器，随行电缆，其他部件等。上述各设备都有自己在电磁兼容上的抗扰度限值和发射限值。由于这些限值的程度各不相同，所以要将所有这些部件放在同一个控制系统内进行工作，势必会产生相互影响甚至干扰。因此要按部件各自的特性情况采取相应的措施进行管理，使整个系统都能够和谐、可靠地运行。由上述可见，这些设备其中一些会形成干扰源，而另外一些会变成易受干扰的对象。

　　电磁干扰的产生必须具备3个要素，即干扰源、耦合途径和敏感设备。在电磁兼容的技术实施方面，应该从这3个要素着手，采取有效的技术手段来达到：抑制干扰源，减少不希望有的发射;消除或减弱干扰耦合，增加敏感设备的抗干扰能力，削弱不希望的响应。关于电磁干扰的类型，一般有高频的电磁噪声、静电放电、 脉冲干扰和发射性频率的电磁场等，以及低频的电源电压波动、欠压和频率不稳定等。抑制上述电磁干扰需要的技术手段包括：合适的接地，合理的布线、屏蔽、滤波和隔离以及这些技术的组合使用。另外，还需要通过一定的电磁干扰分析和测量技术对具体的干扰情况进行诊断和评估。

　　3 电梯控制系统中易产生电磁兼容问题的部件及解决措施

　　3.1变频器

　　变频器是电梯系统中的重要驱动设备，.为曳引电动机的动力提供来源。变频器本身是一个电力变换设备，将电网的恒压恒频电源变换为电动机调速所需要的变压变频电源。这样的变换是通过变频器主回路的桥式整流电路，经过大电容滤波的直流母线电路以及IGBT的脉宽调制(PWM)逆变电路来实现。由于上述电路存在储能元件以及非线性元件组成的变流电路，导致变频器对其所在的周边电路产生不可避免的影响。

　　另一方面，变频器的控制部分是由精密的信号电路来承担，其包含了集成电路、存储单元，通讯模块、反馈单元等。因此，变频器的信号电路是属于易受干扰的敏感设备而必须确保对干扰的防护。

　　3.1.1变频器作为噪声发射源

　　所谓电磁噪声(electromagnetic noise)指的是“一种明显不传达信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。”电磁噪声通常是脉动的、随机的，但也可能是周期的。

　　变频器内部的功率模块IGBT通过逆变提供给电动机所需的变压变频电源对电动机进行调速以及驱动控制。由IGBT逆变器输出的变频电压其本质是脉宽调制而成的高频方波电压，其作用效果等效成正弦波的交流电压。因此变频器的输出电压存在较高的dr/df，一般变频器直流母线在500 ~ 800V的范围内，输出电压突变将达到5 ~ lOV/MSo

　　在变频器将逆变电压传送至电动机的过程中，电动机电缆、电动机内部以及变频器功率模块都会产生寄生耦合电容，尤其是在电动机电缆比较长的条件下电容耦合的程度更严重。当变频器输出电压中极频繁的dr/df 作用在这些寄生电容上时，会在电压波形的开关翼部产生一个高频脉冲噪声电流，致使变频器成为一个电磁噪声干扰源。这样的噪声电流一般频率在30MHz以内，属于传导性干扰。也就是说它主要沿着电缆导线或金属表面进行传播.当它流经其它电路时就会对电路产生干扰。

　　比较容易发生干扰的情况是噪声电流通过接地回路流回变频器。当流经该回路中的大地电阻与动力电缆的对地电阻所产生的电压降叠加到变频器输入侧的电网电压时，使电网电压质量恶化，这将会影响到同一电网上的其他设备而造成干扰。此外，噪声电流还有可能通过一个不确定的通道流回变频器，并产生高频分量压降，通道中相关的信号电路受到干扰后将无法正常工作，有些电路中的敏感元件在经过噪声电流冲击后出现故障甚至永久性损坏。

　　由于噪声电流的源是变频器，它一定要流回变频器，因此必须要安排一条合理的电路通道让噪声电流经过，从而避免它流入其它电路。抑制高频噪声的有效措施是采用带屏蔽的电动机电缆，电缆两端的屏蔽层必须连接在变频器外壳和电动机外壳上，即屏蔽层双端接外壳。因为电动机电缆与屏蔽层产生的耦合电容约为300nF/km,远大于电动机电缆对地耦合产生的电容(大约为100pF/km)，可见噪声电流从屏蔽层流过的阻抗要小得多，所以当高频噪声电流流回变频器时，屏蔽层形成一条最有效的通道。

　　必须注意的是.电缆屏蔽层应当使用铜或者镀锡编织而成材料，不要使用钢丝材料，因为其不适用于高频范围。通常固定屏蔽层使用夹子或电缆压卡，固定在外壳或者等电位的PE接地端上。不要用单线延长屏蔽层，而应该直接将屏蔽层接在适当的接地端上，否则消除干扰的效果要差70%。

　　在采用了屏蔽的措施之后，噪声电流大部分从屏蔽层流回变频器而大地电阻上几乎没有噪声电流通过。但小部分噪声电流会流过变频器输入端的电源阻抗回至变频器，其产生的压降还是会影响到电网电源并且干扰其他设备。为此，可以使用干扰抑制滤波器，将其安装在变频器的输入端，这样一来噪声电流通过滤波器的低阻抗通道流回变频器，而流回电源的噪声电流会大大减少。

　　干扰抑制滤波器应该安装在尽寸能靠近干扰源的地方(<30cm)，并尽可能地与安装版大面积接触以保证为噪声电流提供足够小阻抗的通道。

　　对于抑制变频器输出侧的电磁噪声，除了上述方法，为了避免噪声在空间上造成耦合而串线，应该在电缆布线方面注意以下几点。(1)变频器输出侧的电动机电缆(须带屏蔽)是噪声源，应该把它与变频器电源输入电缆的走线分开，分开距离至少为15cm。(2)其他易受干扰的线缆，如电动机旋转编码器电缆、控制电缆、通讯电缆等也必须与电动机电缆走线分开，同时与变频器电源电缆走线也要分开，距离至少为15cm。(3)干扰抑制滤波器的输入电缆和输出电缆应该分开。(4)所有接线尽量短以避免天线效应I保持配线平直，不要捆扎。

　　另外，如果电动机电缆较长(>15m),则会产生较大的耦合电容，因此噪声电流将会大大增加，严重时将会使电缆发热损坏绝缘。因此，在长电动机电缆的情况下应该在变频器输出侧安装输出电抗器，这样可以抑制噪声电流。

　　3.1.2变频器对电网产生的谐波畸变

　　在理想状况下，电网电压波形应是周期性的标准正弦波，但由于变频器的输入电路采用了三相桥式不可控整流电路，属于非线性阻抗特性的设备，桥式整流电路在在三相正弦电压输入时产生的电流为非正弦波，因此电流发生了谐波畸变。当变频器向公用电网注入谐波电流的情况下，公用电网中产生谐波电压，使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。

　　谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，使设备元件产生谐波损耗，设备会发生过热、绝缘老化的问题。此外谐波还会导致电网中出现谐振，对通信系统产生干扰，导致继电保护设备和自动装置的误动作等。为了抑制谐波，一般可以在变频器的输入端安装输入电抗器，电抗器中的电感绕组可以缓冲输入电流的突变，降低电流的谐波畸变。此外可以在变频器输入端安装专用的谐波滤波器，畸变量可以大幅缓解。必须注意，如果变频器的输入侧已经安装了干扰抑制滤波器， 则电抗器或谐波滤波器应安装在滤波器的前相，即安装在滤波器的输入侧。

　　3.1.3变频器作为噪声的接收器

　　变频器作为噪声的接受器时，高频噪声电流可以通过电势和耦合电容进入控制信号电缆、随行电缆，从而进入变频器并且在阻抗上产生一个压降，导致扰动噪声，它对变频器的控制电路将产生干扰，造成变频器控制性能降低，运行异常或发生故障。为此，最有效的方法是严格隔离噪声源和信号电缆，比如在各电缆走线布线上的分开。另外，作为被干扰对象的信号电缆如有屏蔽层，则信号电缆的屏蔽一定要在变频器侧单端接地。

　　3.2曳引机

　　曳引机在电磁兼容方面需要做的主要是良好的屏蔽和接地，接地线和屏蔽层应该接在曳引机的金属外壳上，并尽可能地与其大面积接触。如果曳引机的外壳上没有可以直接接地的端子，可以将线接在曳引机接线盒内的接地端子上(接线盒的接地端与外壳应该是导通的)。

　　屏蔽层接地是抑制噪声干扰。接地线是起安全接地的作用，即如果电动机外壳发生漏电，可以通过接地线来防止触电的发生。此外，接地线也可以抑制一定程度的噪声干扰，前提条件是接地线与电动机动力电缆的耦合电容足够大以及地回路阻抗足够小，因此尽量使用线径较粗的接地线。

　　3.3旋转编码器

　　旋转编码器用于测量曳引机的旋转速度。其原理是当电动机带动编码器转子旋转时，编码器通过内部的光栅码盘扫描并结合电子电路产生电脉冲，电脉冲所代表的是电动机旋转的角度位置，反馈至变频器内计算成速度值。由于光栅码盘和电子电路都是非常精密的部件，因此编码器必须工作在一个稳定可靠的电磁环境中。

　　电磁噪声可能由信号线和输入/输出接线端子引入到编码器系统中。必须采取以下措施确保系统无干扰地工作。(1)使用带金属外壳的连接件(例如接头和插头)。使这些连接件只连接编码器的信号线和电源线。(2)必须使编码器、连接件的外壳连接电缆屏蔽线。必须确保屏蔽层全表面接触(360° )。(3)如果电缆有多层屏蔽，内层屏蔽必须与外层屏蔽独立连接。内层屏蔽连接至信号处理电子电路的0V。严禁内层屏蔽与外层屏蔽连接在一起，包括编码器端和电缆端。(4)根据安装要求，将屏蔽层连接防护地。(5)避免屏蔽层(例如接头和插头的外壳) 与其它金属面接触。安装电缆时必须注意这点。(6)严禁将信号电缆直接安装在干扰源附近(感性器件，例如接触器、电动机、变频器、电磁线圈等)。必须将干扰源与信号电缆进行充分退耦，使其在空间中相隔100mm,或如有必要.将电缆置于金属管中形成接地隔离区。

　　编码器电缆的一端一般由编码器厂家制作好接头可以直接连接在编码器上，另一端一般由用户自己将电缆内的各个线芯焊在一个15针的D型插头上。在此，笔者谈一下编码器电缆在D型插头部分屏蔽层的制作方法。(1)电缆如果是单层屏蔽，可将屏蔽层的一部分编织网丝拧成细绳状用热缩管套好，再将其末端焊在D型插头的金属部分上。屏蔽层的其余部分向外翻转贴住电缆的橡胶表皮，然后用金属外壳将其压住，金属外壳再用螺丝安装固定。(2)电缆如果是双层屏蔽的双绞线，内层屏蔽将其中拧成细绳状用热缩管套好焊接在15针的0V 针脚上。外层屏蔽可将其中的一部分编织网丝拧成细绳状用热缩管套好，再将其末端焊在D型插头的金属部分上，外层屏蔽的其余部分向外翻转贴住电缆的橡胶表皮，然后用金属外壳将其压住，金属外壳再用螺笔安装固定。

　　3.4接触器和继电器

　　电梯控制系统内有若干接触器和继电器，它们是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。一般在电梯系统里.接触器和继电器用来完成控制电路或主回路的导通和关断。

　　接触器和继电器的触点在断开时会产生辉光放电或弧光放电，此外线圈在电源切断时将会在线圈电感的寄生电容上出现反复高频率的充放电，这些因素会导致断开时产生电快速瞬变脉冲群(EFT)。这属于一种瞬态干扰，是由大量的脉冲组成。对110V/220V电源线的测量表明，这种脉冲群的幅值在100V至数千伏之间，脉冲重复频率在1kHz ~ 1MHz。对于单个脉冲而言，其上升沿范围在ns级，脉冲持续期在几十ns至数ms之间。可见这种骚扰信号的频谱分布非常宽，数字电路对它比较敏感，容易受到干扰而出现程序混乱、数据丢失、控制电路失灵等现象。

　　为了抑制EFT干扰，可以通过以下几点来实施。(1)控制电路部分，如PCB板应良好接地，并且接地电阻保证在一个较小的范围。(2)在控制电路内部设置滤波环节，滤除高频脉冲。(3)在系统或电梯控制柜的设计上，将干扰源的位置远离敏感电路。

　　3.4 电网电源

　　电网电源所产生的干扰主要有雷击浪涌。

　　雷击是一种自然放电现象.在其过程中会产生巨大的电流和热量。这些影响传递到电网上将会引起瞬变脉冲电压，对连接在电网上的用电设备产生干扰甚至破坏性的冲击，电梯系统也是其中之一。通常把有雷电在电缆上电击或感应产生的瞬变过电压称为浪涌(surge)。此外，浪涌可能还会由其他因素产生，例如当电力系统出现短路故障，投切大负荷时会产生电源浪涌。电网绵延千里，因此发生浪涌的几率很高。

　　浪涌电压容易对电梯系统内的变频器造成冲击，使变频器的中间电路和电容损坏，此外还可能对控制电路造成影响和破坏。可以使用输入电抗器来吸收浪涌电压和尖峰电压。如果用户处于雷电多发地区，可以安装合适的浪涌抑制设备，比如避雷针或防雷器，并保证接地良好。

　　3.5 变压器

　　变压器利用电磁感应原理将市电电压变换为设备需要的电压水平，变换过程中磁场产生的大部分磁通都用来实现电能的传递，但还是会有少部分漏磁通扩散到周围的环境中。可见磁场干扰是变压器产生的主要问题，因此在系统中尽可能将变频器远离容易被磁化的设备，或者可以使用磁屏蔽材料隔离罩。

　　3.7电路板

　　电路板属于易受电磁干扰的敏感设备。电梯控制系统中的电路板主要包括电梯微机主板，以及变频器中的控制电路板等。为了避免周边的电磁环境对电路板造成不必要的影响，电子设备或系统设计的重点已由逻辑设计和功能设计转移到电磁兼容设计上来了。在PCB设计上必须要注意电磁兼容方面的要求，包括元器件选材， 布局、布线、走线、捿地等，在此不多赘述。

　　对于已经成型的电路板应用于电梯的控制系统中时，首先在布局上应该使电路板远离干扰源，如产生磁场的变压器，产生电磁噪声的变频器，以及感性元件接触器和继电器等，并且使用经过稳压的电源。对于通过传导造成的干扰，需要注意对差模干扰和共模干扰的防护。其中差模干扰比较容易衰减，相比之下共模干扰的影响更大。抑制干扰的方法是，在布线方面应使得连接至电路板的控制信号线缆与动力电缆分开，距离至少为 15cm,如果实在遇到不可避免的干涉，应使得控制信号线缆与动力电缆成90°交叉。此外，控制信号线缆应采用带屏蔽层的双绞线缆，屏蔽层应该在电路板侧良好地接地。

　　4电梯控制系统电磁兼容措施归纳

　　前面笔者就电梯控制系统中的各个设备对其电磁兼 容的问题进行了逐一分析，下面综合归纳一下电梯控制柜在实施电磁兼容措施中所要实现的内容：(1)控制柜中，主回路和控制回路部分应尽可能地分开。(2)控制柜的安装背板必须看成机器系统整体接地和屏蔽连接的中性点，它必须是一个未涂漆、导电良好的金属板，建议使用镀锌钢板。(3)变频器、滤波器、制动电阻等必须安装在同一个背板上，并且必须与背板以尽量大的面积金属对金属地良好接触。(4)所有的接地线缆应该与控制柜的中性点(安装背板)大面积地良好连接，接地线缆尽可能地短而粗，并且直接与中性点连接而不要通过另一根线缆转接后连接中性点。(5)电动机动力电缆的屏蔽层应该与中性点良好地连接，优先选择连接变频器金属底座和电动机外壳。(6)控制线缆使用屏蔽电缆，屏蔽层在变频器侧单端接地，模拟量和数字量信号电缆应该分开走线。模拟量信号应采用双绞线并且同组信号和返回线进行绞合。(7)弱电线缆和强电线缆在布线上应分开，电动机电缆应该独立于其它电缆走线。(8)控制电缆若与电源电缆干涉，应尽可能成90°交叉走线。(9)可酌情安装输入滤波器以抑制电磁噪声，安装输入电抗器或谐波滤波器抑制谐波畸变。(10)如果电动机电缆过长必须安装输出电抗器。

　　5结语

　　电磁兼容是一门涉及面广、程度较深的知识学科。在本文中，笔者旨在对电梯控制系统的电磁兼容作一些探讨，希望起到抛砖引玉的作用，从而引起广大电梯行业同仁对电磁兼容的重视。坦白而言，目前在电梯行业，很多制造单位对于电磁兼容知识了解还远远不够，在控制系统的设计上存在普遍不规范甚至错误的问题。但随着电梯技术的不断进步以及应用需求的不断提高，控制系统的精密度、稳定性、智能化都必须依赖于一个良好的电磁运行环境，因此电磁兼容将在未来对电梯的性能将产生越来越重要的影响。

　　作者：璩菲远，蒂森克虏伯家用电梯(上海)有限公司