摘要:从如何提高控制系统抗干扰能力和可靠性的角度出发，针对变频器实际应用系统中的接地问题，从主回路、各种选配件、模拟和通信控制线及测试等方面的接地问题进行了分析，提出了具体的接地方法及一系列值得商榷的问题。
1引言
在各种工业控制系统中，随着变频器等电力电子装置的广泛使用，系统的电磁干扰日益严重，相应的抗干扰设计技术已经变得越来越重要。接地是抑制电磁干扰，提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。
2主回路接地
对于变频器，主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。
在变频器等电力电子设备中，为了提高装置的抗干扰和防雷击能力，在电源输入侧均有电容C1或者压敏电阻R1组成的电源滤波(图1)和压敏电阻R1、放电管D1组成的防雷击电路(图2)。图1、图2分别示出了采用开关电源和线性电源的变频器电源输入线路及PE内部连线情况。
对于两种电源方式，为了提高抗干扰能力，一般不采用浮地和与系统直接接地方式，而是采用电容接地方式。C2一般选用安规电容，要求具有良好的高频特性和足够的耐压，从而为高频干扰分量提供对地通路，抑制分布电容的影响，缺点是对于低频和直流仍旧是开路，一般通过加安规电阻R2来进行弥补。由于变频器内部控制端子上控制屏蔽接地及采用线性电源变压器的屏蔽层均连接至PE，因此PE的连接情况直接关系到变频器的可靠性。在我国，大多数工厂采用三相四线制，有些用户因没有地线，干脆不接，或者为了简单将PE接至零线。在这种情况下，由于防浪涌电路中的电容及压敏电阻漏电流IC和IR较大，一般为几十至几百毫安，在接地情况不够良好的情况下，R0较大，零线与地之间的电压达到几十伏，甚至上百伏，既不符合消防安全规范，也对系统的可靠性产生重大影响，因此在条件允许的情况下应尽量采用专用接地线，避免与其他设备公用接地。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。
3、控制线屏蔽接地
3.1通信线屏蔽接地
在采用上位机PC/PLC通过RS232/485通信控制时，最容易犯的错误是两点接地。对于图3中的情况要特别注意，由于接地点不在一起，不同接地点之间会出现地电位差，在屏蔽线中形成地回路，不仅起不到屏蔽作用，反而带来干扰。特别是在上位机侧，一般用户没有专用接地，电源插座的接地端子往往采用接零线方式，会造成计算机或者变频器的损坏。在某些PC或PLC中，开关电源采用非隔离方式，即使采用变频器方面的单侧接地，也会造成通信接口的损坏。
由于变频器通信控制信号一般低于100kHz，所以一般不用带状电缆，而采用屏蔽电缆或者双绞线。但是，在实际应用过程中，由于接地不当，经常出现接地比不接地通信误码率高的现象，从而使人产生了屏蔽电缆要不要接地，如果要接地，是采用一点、两点还是多点接地的疑惑。据有关资料和实践证明，在通信速率低于100kHz时，选用一点接地效果较好，对于采用Profibus，Modbus总线控制的高速率通信控制电缆的屏蔽层应该选用多点接地，最少也应该两端接地，并且采取在通信线路较长时在网络的终端加终端匹配电阻等抗干扰措施。对于电缆的多点接地，一个附加的好处是可以减少屏蔽层的静电耦合。另外，还有一个根据传输信号的波长来判别接地方式的参考标准。以传输信号的波长λ的1/4为界，通信传输线长度小于λ/4时采用一点接地;长度大于λ/4时，由于屏蔽层也能起到天线作用，应采用多点接地，在多点接地时，最理想的情况是每隔0.05～0.1λ有一个接地点。
另外，在传输上升下降沿非常陡峭的信号时，也应按照变频信号来处理，实施多点接地。最后要说明的一点;如果从干扰角度讲，低频干扰严重时采用屏蔽单点接地，在高频干扰情况下要多点接地，同时建议在通讯电缆中提供一根等电位线将各节点的通讯地串起来，以提高抗干扰能力。
3.2传感器信号屏蔽接地问题
在采用变频器调速的高精度快速响应控制系统中，一般要安装速度传感器(如脉冲编码器、旋转变压器)来进行速度或位置闭环，或者在生产线和设备上安装压力、温度、张力、线速度等检测传感器。这些传感器的一个共同特点是：为了提高抗干扰能力，信号线均采用屏蔽线，而且屏蔽线在传感器内部与传感器壳体接在一起。当传感器安装在电机、管道或者生产线上时，屏蔽层就与这些设备相连接;而在传感器与变频器或其他控制设备连接时，屏蔽层又连接至PE端子。如果此时变频器或外部设备接地不良(RE、RG大于接地标准最大电阻或者严重不等)，就会出现通过屏蔽层接地的情况，如图4所示，形成对地电流IE，对系统工作的可靠性产生很大影响;严重时，系统将无法工作。因此，在采用外部传感器的闭环控制系统中，距离较远时，一定要保证外部设备和变频器的可靠独立接地，或者选用传感器外壳不与控制屏蔽层连接的传感器，在变频器侧实施一点接地;距离较近时，可采用公共接地母排接地，保证传感器与控制设备接地点之间电位差近似为零，从而消除地环流形成的干扰。