伺服电机和变频驱动器中的电磁干扰消除探析.docx

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1、何服电机和变版驱动牌中的电磁干扰消除探析伺服电机和变频删动器几种排杏方法伺眼电机和变猊动器VFD）通常由两部分组成-电动机自身和覆动电动机的控制器（也叫做放大器，伺服瞅动器或逆变器），控制器和电动机之间通过电缆连接，控制器接收来自交流电流的功率.何服电机具有保持高精&特定位置的反馈电路.这意味着即使没有运动.伺眼电机仍然处于工作状态.变频驱动器（VFD）具有不同的工作方式-它们的速度由驱动信号的频率控制，这两种驱动器之间的共同点在于它们都由脓冲询制信号IpWM）飘动.图1为典型的变频明动甥设建框图.交流电源为变烦控制器馈电将其转换为脉冲信号郸动电动机.何服电机（图2加入了位置控制反馈.一种典型

2、的制造和机器工具少则有一个这样的驱动器.多则有20个这样的明动器,在许多问国与变疑驱动器和何R1.t电机相关.我们只关注部分问应得读者可以简单的在搜索引条上宜找变频胭动器，轴承，过电压和电租干扰以了解问胭的整个范用，并寻求解决方窠。脉冲驱动信号的特性为了减少设备成本，弱动脉冲逆变器乘用快速开关来疆动脓冲使其具有几纳秒的上升和下降时间，从而将这些信号的频谱扩展到几兆新兹.筒单地打开和关闭流入电机的电流比产牛.一个逐步加大和逐步减小的输出电压更为简单，更便宜和更有依。这些短边沿浜动脓冲是各种问遨的主要来源.如果控制器和电机之间的连接为适当的射短连接,例如,匹配猫人和输出阻抗，选择了适当的射频等级电

3、缆和类似设计，许多问区都不会存在.然而，设计电动机的目的不是正确传输信号，而是JS行机桢工作，因此很少考虑其高领信号特性，以下是由尖脓冲明动信号或相关引起的一些问题（顽序与重要性无关）电动机轴承携!S过电压和关联绝缘损坏电力线和地线中的高电平传导电极F扰地平面中岛电平电磁干扰电流引起的电气过段（EOS）同遨来自电缆的高水平辎射电破干扰机帔映声电动机过热消除伺服电机和变频驱动器中的电毡F扰何典，电动机轴承损S5让我们将电动机当作一个电子电路.符边沿陡的驱动脓冲作用在定于（即电动机底座的感应涔上.定子对转子具有强电容媒合（定子和转子大的金属发面之间间距很近）.虽然驱动脉冲的自身物率非常.低通常.不

4、高于20KHZ,并且不是考虑的正点驱动脉冲的尖锐边沿的高领成分从容性糖合中得到的阻抗很小,现在电动机的高频电压与第动脓冲边沿同步.这个电压反过来会引起电流通过唯路径即从转子到电动机粕承流到地平面.显示地电流是如何与驱动脉冲边沿完全同步的.轴承铜珠和釉承氐圈之间的连接经常是间断的，绝缘涧滑油的存在会加剧这个白SS,这会导致轴承中的电流产生电弧放电,从而产生EDM现象.电火花放电.基本上，电火花次会吞噬小片金属.这种现象广泛发生在其他原以加工的金刷部件上,这些金属部件具有球形轴承，而金属机械加工的机制基本相I可.然而.目的和怆出却大相轻庭.电火花在轴承中引起的EDM起源f小的蛆坑，或者麻点引起的不

5、连续，这会产生迸,步放电和危害.在轴上低至20OmV的电压也会产生电火花,虽然电动机上的塔应电压很商而达上万伏.一旦产生了附:点,它就会成为进一步放电的集中点.小干驱动脉冲和产生的放电每秒在每次电动机运行中会发生上千次，它持续时间不会很长从而不会对轴承产生永久性损坏.烛常见的问题之一是轴承凹槽，或称之为蹈道形放电器见图X（AB8）,这个向遨会传播，地终由于柏承故障造成电动机永久性损坏。这个问即很常见，并且自身没有表现出任何会消除的迹象.脉冲边沿过电压如果电动机控制器的输出阻抗，电动机的输入阻抗和连接电液的阻抗完全匹配，那么.第动脓冲完全是方波脉冲.但.是，电动机不足射频设备，没人鲁试进行阻抗兀

6、闻，而且如果人们尝试进行匹理它就不能工作了.失配会引起报玲和过我.图6显示了很轻的振性和过电压情况，虽然很多情况下过电压很容易就超过正常脉冲福度的60%红代为控制涔输出端的口接驱动信号；为电动机上经过3英尺（1米）电缆的相同信号,很明显这个过电压和振性只会通过轴承增加地电流，根据美国能源部7:“来向脉宽调制变颇器的最快上升冰冲可能会引起行害电流在轴承中流动,即使过电压不大”.过电压不仅会引起压筋的损害，还会压迫电缆和电动机内郃线圈的隔离层，除此以外,还会引起电压控制驱动电流投坏，电动机过热和噪音何明，这还没包括其他不严正的影响，这个问题己羿到广泛关注。IECTS6003425（与IE（TTS6

7、003417合并）声明采用标准绝缘的电动机终端的脉冲电质不能超过135OV,如果电动机终端的脓冲电乐上升时间低于0.8s.对于具有50ns上升/下降时间的脉冲.其容许的脉冲电压降到900V.NEMAMGI-2014还强调电磁干扰会引起轴承损坏和其他问8。设备的电梭干扰仅关注电动机损坏或变姣器/伺服电机上高频欢动信号过电压方面的问超是不幡的.电动机不是很独工作的-它们安装在设缶上，而这些设备可能时电动机产生的电磁干扰於忠.来自卵动器的高频干扰会引起：与电磁兼容规范不兼容干扰电子设备工作引起测Ift误差和引起传感器物出超误对敏感谀备产生电气过骤(EOS)盟动脉冲的产生会引起时电源电流消耗的巨大改变

8、，这反过来会产生高频传导发射，而这种发射反过来会返回电源中，在电源上使用电源浅泄波器是兼容性设计的主要方法,这是大多数何限/变频制造商推荐的方案.这有助于取得电磁兼容性.然而,目前没有电检兼容管理部门控制设备内电垓干扰,因为大多数管理部门更关注特定设名可能怎样影响到其他设备的运行。不能管理设备内电磁干扰，这使其会干扰到自身，尤其是当用户或集成商将传动设得与其它电子设需架成使用时。此时，不同设得的相互操作就不像一家公司单.独牛产那样进行了严格检查.大多数来自驱动器的内部电磁干扰向应是由驶动脉冲引起，并以来自驱动秒冲尖挑边沿的辎射发射干扰，设备地及设备框架上噪声的形式显现，设备走线上的感应传炉发射

9、很难泄除。如上所述，通过电动8U承的地电流会破坏设得的整个地系统，减小数据线中的信噪比.改变传感零中的信号,导致过程改变.有时甚至会引起生命成胁情况,如核磁共振中的霜误读数.有的研究表明中性点和地之间低至IV的电压可能引起设备故障.有些嬖动电缆和设盖地之间的容性相合会引起他噪声。来自伺服电机和变频器中的电磁干扰还可能羽起电气过裁。半导体和印刷电路板安装设备地之间的大电质差会将敏感设备次露在电气过载中.这经常引起立即或潜V的损坏.这种损坏会造成设备能够通过生产时的测试但在实际中很快就坏了，具体问SS就是地平面上的电磴干扰电压具行很低的输出阻抗,这会导致强电流功率，即使很低的电压差也会投坏设备。I

10、PGA610是卬桐电路板安装的最荔本标i限制应用到放塔设备上的电乐,特别是电动机的电磁干扰瞬态电汽特性会低至300mV.对于电子产品，从产出和可靠性方面考虑,EOS越来越重要.由变频器/伺服电机引起的电戡干扰测试你不能控制你无法测得的东西。这句话很有深意。完全为了由俄兼容目的的交流电源传导发射测试已广为人知,别处有深入的记毂,在此不再重红.而且,这部分所指的测试不是常规的电磁兼容管理部门进行的测试.而是奸时设备可靠性和操作性的曳要内容.轴承电流测试不用说,直接测试通过旋转轴承的电流至少不是现实的尝试.然而.通过测试驱动信号I可流路径中的电流是非常相关的测试，例如，测试控制器和电机胞线中的电漉-

11、基本前提是通过轴承的电流必现要流回起点-电机控制器，回路路径通过地设(有时设计成PE电源地)。虽然有些仅仅是定子绕组和地电机壳之间的容性高频电流路径，它与流过轴承的电流相比微不足道.因此测试地域中的高频电流足以估计流过轴承的电流.这些电机通常具有三根驱动线，但不排除设计了U,V和W以及地线G或者有时设计为电源地.地线上的宽带电流探头通过轴承返回电流.图8H示了通过地统的典型电流，该电流通过Tektronix电流探头CTI测得，这个探头具行5mVmA的敏感度.本文中的电流测试都按照此方法进行.如图所示.峰假电流为1.72A-值比较大.这个峰值电流用于100oO次/S的轴承，注意到即使没有运动，伺

12、眼电机仍然处于工作状态-仅仅保持它的位置，不足为奇，它可能造成轴承的损坏，以及其他一些不想要的效应干扰设备运行和引起电气过战，在此我们进入到读者必须要注意的安全方向的内容,因为驱动信号可能具有高电压（高达480V）强电流功率.暴物在这样的电压中可能引起伤害或死亡.如果你不熟悉工作在高压线环境中，你应该推迟测试它的连接部分，或者至少经过专索的适当培训。你需要一个电池供电的示波器，其带宽至少为200MHZ（更高的带宽没有fE何好处，以及一个100：1的高电汽示波器探头.注意不可以使用短谓仪.交流供电的示波岩会由于JC连接到公共地而产生地网路.而I1.注意到常规的10：1探头对驱动信号的衰减不足以防

13、止钳制信号。如果你设置示波器的伯，你衢要将它的输入设置为1兆欧而不是50欧的，因为高电压和低阻抗配合不好，这点至关重要。这还可能给信号引入小的振铃，但这比损坏示波涔要好.在大多数电机控制器中,你可能找到标记为U.V和W的终端-它们输出到电机中.将探头地和控制器地，探头尖端及U,V和W终端连接在一起，可能还需要适当延长，这取决于终端结构，示波器探头的地应该连接到控制器地的终端，控制器地终给紧邻U,V和W终端.基于示波海设置数次测知时间有助于捕捉驱动脉冲,瞅冲上升沿和脓冲下降沿.你可能会期侍在商品册出机控制涔终端上会出现方波驱动信号，在电机上的测试更为难办，由于终然及一些很难获取的何咫，这看起来经

14、常几乎是不可能办到的，但如果有设备专家的帮助这也许可能办到。确保示波器探头的地夹连接到电机的接地端,而不是别的地方.否则冽试结果会大大折扣.消除受领器/伺服电机的电松干扰问胭球后，以上描述的所有问题都由胆动脓冲的尖锐边沿所引起,因此,解决此类问卷需要改变脓冲边沿以便上升和下降时间都足好慢,以免定子和转子之间的容性朋合成为主要的导电路径，同时还能保证电动机的性能.优化走戏，改变通过轴承的电流路径或者同时阻塞跖径，是共解演方案，脓宽调制.第动电机的问题不是一个新问即，而是广泛的问题有很多解决方案，我初将在后述章节介绍。鉴于这个何起的广泛性和它的经济影响.对于电动机用户有很多可用的解决方窠.各种方案

15、具有不同的有效性.对于变频器和伺服电机问时的预防方法就很好-建议用户在选择电动机问JS解决方案时注意实际技术分析与大局销售广告，走线优化毋庸置疑,相比长的电覆.短的电动机电缆提供更小的振悻和更少的发射.与其他电缆分离布置的电缆对其他导体产生更小的电压和电流.正确连接的屏蔽（铜网编织）有助于减小来自脉冲边沿的电磁场，对于变频器和向眼电机有许多特殊制造的电缆,控制器和电动机之间更好的电缆是那种具有足峥厚度适当屏蔽的电缆（铜网煽织屏融体.有的电续各相都具行独立的地线,这进一步减小了振聆.不建议用户使用不是专门用于变腕器的常规电缆的电缆,因为这可能加剧问题。绝缘轴承阻止轴承中高短电流的方法之一足使轴承

16、处于非导电状态.陶瓷涂层的轴承与电动机电气绝缘井旦不会在电动机和地之间形成直流连接.依然存在通过陶在涂层的容性相会，然而此时产生的电流远小于其他连接情况下的电流，涂层轴承主要关注轴承损坏何烟，而不是其他诸如来自电缆电横干扰，完整性方面的问鹿。关于涂层釉承的其他挑战在于它们需要为每种轴进行设计,并且在电动机两边都需要使用它,这会影响成本和安装.通过容性耦合.电动机负载会共享转子上的高扬电压，导致轴承上产生破坏性电流.轴接地另一个机械斛决方案是采用特殊的电刷或其他电气连接将电动机的轴接地,这翦本上将高频电流短路到地旁路轴承上0就像绝缘轴承一样.这些解决方案只关注减小轴承损坏,以及减小导电连接负驶上的电压.然而，它们在设备地完整的地方仍然会留下高频电流，产生与驱动信号脉冲相关的电破干扰何时，.任何机械解决方案都需要进行周期