伺服系統(tǒng)感應電及EMI干擾問題的解決方法

1、伺服系統(tǒng)感應電及EMI干擾問題得解決方法L感應電及EMI干擾問題現(xiàn)象伺服系統(tǒng)（伺服驅動器、伺服電機）上電待機時所有設備工作正常;伺服系統(tǒng)在 使能或者伺服電機啟動時設備帶電，觸摸時有麻手感;伺服系統(tǒng)在使能或者伺服電 機啟動時控制、測量設備（如PLC、訃算機、觸摸屏等）有采集數(shù)據(jù)有偏差、控制 精度降低、丟失數(shù)據(jù)或指令脈沖等現(xiàn)象;干擾類型通常按干擾產生得原因、噪聲得干擾模式與噪聲得波形性質得不同 劃分。其中:按噪聲產生得原因不同，分為放電噪聲、偶發(fā)噪聲等:按聲音干擾模 式不同，分為差模干擾（注）與共模干擾（注）。共模干擾就是信號對地面得電 位差,主要就是山電網串入，地電位差及空間電磁輻射在信號線上感

2、應得共態(tài)電 壓所加形成。共模電壓有時較大，特別就是采用隔離性能差得電器供電室，變送器 輸出信號得共模電壓普遍較高，有得可高達130V以上。共模電圧通過不對稱電路 可轉換成共模電壓，直接影響測控信號，造成元器件壞，這種共模干擾可為直流、 亦可謂交流。共模干擾就是指用于信號兩級間得干擾電壓,主要山空間電磁場在 宿號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成得電圧，這種讓直接疊加在 信號上，直接影響測量與控制精度。常見得干擾現(xiàn)象有以下兒點:1）系統(tǒng)發(fā)指令時電機無規(guī)則地轉動；2）信號等于零時，數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳；3）傳感器工作時,PLC采集過來得信號與實際參數(shù)所對應得信號值不吻合，且 誤差值就是隨機得

3、，無規(guī)律得；4）與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源工作不正常。2感應電及EMI干擾產生概述I)伺服系統(tǒng)感應電及EMI干擾問題不屬于漏電問題。漏電本質就是設備在一定得環(huán)境或外力條件下，電氣絕緣性能下降或絕緣遭到破壞而出現(xiàn)設備外殼 帶電得現(xiàn)象?，F(xiàn)市場上主流驅動器（包括國產與進口）都采用PWM調制方式 產生電機旋轉電壓,PWM調制方式都會采用電力電子開關器件（如IGBT、IPM 模塊等）。而這些電力電子開關器件動作時在設備外殼感應出得電壓與電流且能量較?。ㄒ话愀袘娏鞑怀^50mA）.不會對人體與設備造成破壞性損害；EMI問題分為傳導干擾與輻射干擾，傳導干擾主要就是山于干擾源產生干擾（共模、差模電流與電壓）

4、經過傳播途徑（設備外殼、多點接地、傳輸線路回路）.在敬感器件引起現(xiàn)場設備通信中斷、采集數(shù)據(jù)偏差、控制精度降低、數(shù)據(jù)或指令脈沖傳輸丟失等現(xiàn)象從而影響設備得正常工作。3）伺服驅動器與伺服電機一般電壓、電流等級較低電磁干擾得空間輻射能力較小。同時驅動器信號數(shù)據(jù)傳輸一般采用差分器件或者光耦器件等進行隔離,可以消除大部分得差模傳導干擾。大部分現(xiàn)場干擾問題主要來自共模電壓與共模電流干擾。共模電壓與共模電流與感應電壓與感應電流本質相同屬于含電力電子開關 器件設備固有得一種屬性，無法完全消除。3伺服驅動器及伺服電機感應電產生機理 31伺服驅動器感應電產生機理I)2)伺服驅動器中電力電子開關器件山于散熱需求一般

5、安裝在散熱器上;如圖1所示JGBT山于外殼帶有極性，一般通過導熱絕緣墊安裝在散熱器上。IPM模塊等則直接安裝。山于引入內部絕緣與外部絕緣貝J等效于器件集電極與散熱面或器件外殼得分布電容C;絕緣墊、G 1C /E=J器件外殼、/ /z/Z/ZZ / / / / / / / / / / /散熱器/圖1電力電子開關器件安裝等效電路3)如圖2所示當驅動器使能時M咲器件PWM調制開關器件山于對直流側電壓（一般驅動器內直流電壓在300打530左右）進行斬波處理，瞬間得電壓變化 量（dV/dt）在500V/US-1000V/US其至更高匕時通過分布電容C則產生了感應電（i=C*dV/dt）,nF級分布電容則

6、可引起mA級得感應電流。+/丿/ /圖2電力電子開關器件感應電產生原理4）感應電與驅動器得直流側電壓、開關器件動作時間、分布電容大小等有關. 一般功率越大、輸入電壓越面得伺服驅動器感應電越強。32 伺服電機外殼感應電產生機理I）伺服電機內部繞組山銅線組成,U、V、W三相輸入電壓山伺服驅動器內開關器件PWM調制;2）如圖3所示，伺服電機山于氣隙存在同時為了提高絕緣等級、增強結構強度與耐潮耐腐蝕性一般采用樹脂骨架包裹、聚脂薄膜包覆、醇酸漆沉浸等工藝處理因此電機同繞組與電機定子、轉子等效為分布電容C;定子鐵芯Uah 丨骨架咯若k/皿己 鋼 氣隙,電機外殼Lab轉子鐵芯和軸圖3伺服電機感應電產生原理3

7、)4)當伺服驅動器使能時瞬間得電壓變化量（dV/dt）通過電機得分布電容C則產 生了感應電（i=C*dVZdt）,原理與驅動器產生感應電相似。感應電與電機所用驅動器得性能有關（直流側電壓、開關器件動作時間），與電 機制造工藝、絕緣療度、鐵芯長度、氣隙等有關一般容量越大得伺服電機感應電越強。4伺服系統(tǒng)感應電測量41三相四線制系統(tǒng)（TNC）（注）測試1)三相四線制系統(tǒng)（TN-C）中性線（N）（注）與地線（PE）（注）就是連接得,一般稱之為三相四線制系統(tǒng)。檢査設備現(xiàn)場中性線與地線就是否連接良好，方法:如 圖4所示打開配電柜,用萬用表交流檔測試中性線（N）與地線（PE或者配電柜金屬裸露部分）壓差不大于

8、10V可認為連接良好;.AIS2)3)4)圖4現(xiàn)場電氣配電柜示意圖連接伺服驅動器與伺服電機，伺服系統(tǒng)放在有絕緣材料得工作臺上確保伺服 電機與工作臺面、地面絕緣;伺服驅動器設置好參數(shù)并使能（可空載測試或僅使能）,將萬用表設置到交流200V檔，紅表筆接伺服系統(tǒng)外殼，黑表筆接中性線（N）,萬用表顯示讀數(shù)即為伺服系統(tǒng)交流感應電壓。（萬用表必須就是可測量交流電壓真有效值得萬用表, 否則可能山于諧波含量高造成讀數(shù)不準確）；保持3）狀態(tài)，將交流毫安表一端連接伺服系統(tǒng)金屬外殼,一端接中性線（N）,交流毫安表顯示讀數(shù)即為伺服系統(tǒng)交流感應電流。42 三相五線制系統(tǒng)（TNS）（注）測試I）連接伺服驅動器與伺服電機，

9、伺服系統(tǒng)放在有絕緣材料得工作臺上，確保伺服電機與工作臺面絕緣；2）伺服驅動器設置好參數(shù)并使能（可空載測試或僅使能）,將萬用表設置到交流 200V檔，紅表筆接伺服系統(tǒng)外殼,黑表筆接地線（PE）,萬用表顯示讀數(shù)即為伺 服系統(tǒng)交流感應電壓。（萬用表必須就是可測量交流電壓真有效值得萬用表, 否則山于諧波造成讀數(shù)不準確）；3)保持2)狀態(tài),將交流毫安表一端連接伺服系統(tǒng)金屬外殼，一端接地線(PE),交流 亳安表顯示讀數(shù)即為伺服系統(tǒng)交流感應電流。5伺服系統(tǒng)交流感應電及EMI干擾問題解決 51接地接地就是ft有效解決伺服系統(tǒng)使能后感應電引起得麻手、EMI干擾等問題, 但前提就是接地必須就是有效且良好。I)現(xiàn)場

10、供電系統(tǒng)為三相五線制系統(tǒng)(TN-S),如圖5所示將伺服系統(tǒng)金屬外殼通過導線直接與設備內保護地線PE連接導線電阻不大于in；LIL2 13PENPEKmn二二- ' *一n1圖5圖4現(xiàn)場接地示意圖2) 現(xiàn)場供電系統(tǒng)為三相四線制系統(tǒng)(TNC),首先確認現(xiàn)場配電柜中中性線N與 地線PE連接&好(方法見4、1、1),然后將伺服系統(tǒng)金屬外殼通過導線直接 與中性線N連接、導線電阻不大于m；52濾波濾波器主要就是作用于設備傳輸線路得輸入輸出端口 消耗噪聲干擾在線路 中傳播得能量起到抑制噪聲得U得。1)輸入濾波電抗器在大功率伺服系統(tǒng)供電輸入端口加裝輸入濾波電抗器以改善電網諧波對驅動器電流造成畸

11、變得影響。輸入濾波電抗器容量選擇，應使在額定電壓與額定電流得條件下電抗器上得壓降在額定電壓得2%5%范內。電抗器電感選擇：£，%"%)S)2兀.其中V為額定電壓(V)J為額定電流(A”為最大頻率(Hz),電抗器如圖6所示;b)三相噪聲濾波器2)噪聲濾波器噪聲濾波器就是伺服驅動器輸入側得濾波器用于保護電網免受驅動器產生 反饋得諧波及噪聲影響。線路濾波器可以就是有源濾波器或無源濾波器用于過 濾5、7、11、13次電源頻率得低頻諧波以及過濾lOkHz以上得高頻干擾電壓(RFI 抑制濾波器)，注意:噪聲濾波器外殼接線端子必須接地線(PE)才能更好得濾除噪聲，噪聲濾波器見圖7。4)單

12、相噪聲濾波器圖7噪聲濾波器針對現(xiàn)場設備內控制、測量設備電源輸入端接加裝噪聲濾波器以消除共電源引起得諧波及噪聲影響，濾波器如5、2、2)中所示。3) 線路濾波針對數(shù)據(jù)通信及傳輸線路上共模噪聲干擾，建議采用帶有共輒磁環(huán)得數(shù)據(jù)線 以消除共模干擾。共軌磁環(huán)可抑制多股線纜上得EMI干擾抑制，包括電源線上得 噪聲與尖峰干擾它同時具有吸EMI吸收磁環(huán)收靜電脈沖能力使電子設備達到電 磁兼容（EMI/EMC）與靜電放電得相應國際標準，使用時可將一根多芯電纜或一束 多股線纜穿于其中，多穿一次可加強其效果。帶磁環(huán)數(shù)據(jù)線如圖8所示。圖8帶磁環(huán)數(shù)據(jù)線注: 差模干擾:差模丁擾指得就是干擾電壓存在于信號線及其回線（一般稱為

13、信號地線）之間，干擾電流 回路則就是在導線與參考物體構成得回路中流動。設備外殼 共模干擾:共模干擾指得就是丁擾電壓在涪號線及其回線（一般稱為信號地線）上得幅度相同，這里 得電壓以附近任何一個物體（大地、金屬機箱、參考地線板等）為參考電位，干擾電流回路則就 是在導線與參考物體構成得回路中流動。設備外殼 中性線（N）:主要應用于工作回路，從區(qū)變電站變斥器中性點接地后引出主干線，用于工作回路得“工作地線二接地后也稱“零線 地線(PE):不用于工作回路,只作為保護線，稱為保護地線。利用大地得絕對F"電壓,當設備外殼發(fā) 生漏電，電流會迅速流入大地，即使發(fā)生PE線有開路得情況，也會從附近得接地體

14、流入大地。(從變壓器中性點接地后引出主干線并每間隔20-30米重復接地);地線火線PEK e2 ? r rSiI I e g 1 " -u 三相四線制系統(tǒng)(TNC):般在低壓配電網中，輸電線路一般采用三相四線制，三條線路分別為A.B.C三相,另一條 就是中性線N(如果該回路電源側得中性點接地，則中性線也稱為零線，也稱PEN;如果不接地, 則從嚴格意義上來說，中性線不能稱為零線)。L1L2 L3 PEN 三相五線制系統(tǒng)(TNS):就是指A. B、C、N與PE線，其中.PE線就是保護地線,也叫安全地線，就是專門用于接到諸如設備外殼等保證用電安全之用得。PE線在供電變壓器側與N線接到一起，但進入用戶 側后絕不能當作零線使用。*Whmi«i»h*PSIt -曲024XC " C32« 電iIsIi M 升 VU:wfess?9樽好02分3e分ftv«