伺服系統(tǒng)感應(yīng)電及EMI干擾問題的解決方法

1、伺服系統(tǒng)感應(yīng)電及EMI干擾問題得解決方法L感應(yīng)電及EMI干擾問題現(xiàn)象伺服系統(tǒng)（伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)）上電待機(jī)時(shí)所有設(shè)備工作正常;伺服系統(tǒng)在 使能或者伺服電機(jī)啟動(dòng)時(shí)設(shè)備帶電，觸摸時(shí)有麻手感;伺服系統(tǒng)在使能或者伺服電 機(jī)啟動(dòng)時(shí)控制、測量設(shè)備（如PLC、訃算機(jī)、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(chǎn)生得原因、噪聲得干擾模式與噪聲得波形性質(zhì)得不同 劃分。其中:按噪聲產(chǎn)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(hào)對地面得電 位差,主要就是山電網(wǎng)串入，地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感

2、應(yīng)得共態(tài)電 壓所加形成。共模電壓有時(shí)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(hào)得共模電壓普遍較高，有得可高達(dá)130V以上。共模電圧通過不對稱電路 可轉(zhuǎn)換成共模電壓，直接影響測控信號(hào)，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(hào)兩級間得干擾電壓,主要山空間電磁場在 宿號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成得電圧，這種讓直接疊加在 信號(hào)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(diǎn):1）系統(tǒng)發(fā)指令時(shí)電機(jī)無規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng)；2）信號(hào)等于零時(shí)，數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳；3）傳感器工作時(shí),PLC采集過來得信號(hào)與實(shí)際參數(shù)所對應(yīng)得信號(hào)值不吻合，且 誤差值就是隨機(jī)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(yīng)電及EMI干擾產(chǎn)生概述I)伺服系統(tǒng)感應(yīng)電及EMI干擾問題不屬于漏電問題。漏電本質(zhì)就是設(shè)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(shè)備外殼 帶電得現(xiàn)象?，F(xiàn)市場上主流驅(qū)動(dòng)器（包括國產(chǎn)與進(jìn)口）都采用PWM調(diào)制方式 產(chǎn)生電機(jī)旋轉(zhuǎn)電壓,PWM調(diào)制方式都會(huì)采用電力電子開關(guān)器件（如IGBT、IPM 模塊等）。而這些電力電子開關(guān)器件動(dòng)作時(shí)在設(shè)備外殼感應(yīng)出得電壓與電流且能量較?。ㄒ话愀袘?yīng)電流不超過50mA）.不會(huì)對人體與設(shè)備造成破壞性損害；EMI問題分為傳導(dǎo)干擾與輻射干擾，傳導(dǎo)干擾主要就是山于干擾源產(chǎn)生干擾（共模、差模電流與電壓）

4、經(jīng)過傳播途徑（設(shè)備外殼、多點(diǎn)接地、傳輸線路回路）.在敬感器件引起現(xiàn)場設(shè)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(shè)備得正常工作。3）伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)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(shí)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸一般采用差分器件或者光耦器件等進(jìn)行隔離,可以消除大部分得差模傳導(dǎo)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(yīng)電壓與感應(yīng)電流本質(zhì)相同屬于含電力電子開關(guān) 器件設(shè)備固有得一種屬性，無法完全消除。3伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)感應(yīng)電產(chǎn)生機(jī)理 31伺服驅(qū)動(dòng)器感應(yīng)電產(chǎn)生機(jī)理I)2)伺服驅(qū)動(dòng)器中電力電子開關(guān)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(dǎo)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(nèi)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(guān)器件安裝等效電路3)如圖2所示當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能時(shí)M咲器件PWM調(diào)制開關(guān)器件山于對直流側(cè)電壓（一般驅(qū)動(dòng)器內(nèi)直流電壓在300打530左右）進(jìn)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(shí)通過分布電容C則產(chǎn)生了感應(yīng)電（i=C*dV/dt）,nF級分布電容則

6、可引起mA級得感應(yīng)電流。+/丿/ /圖2電力電子開關(guān)器件感應(yīng)電產(chǎn)生原理4）感應(yīng)電與驅(qū)動(dòng)器得直流側(cè)電壓、開關(guān)器件動(dòng)作時(shí)間、分布電容大小等有關(guān). 一般功率越大、輸入電壓越面得伺服驅(qū)動(dòng)器感應(yīng)電越強(qiáng)。32 伺服電機(jī)外殼感應(yīng)電產(chǎn)生機(jī)理I）伺服電機(jī)內(nèi)部繞組山銅線組成,U、V、W三相輸入電壓山伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)開關(guān)器件PWM調(diào)制;2）如圖3所示，伺服電機(jī)山于氣隙存在同時(shí)為了提高絕緣等級、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jī)同繞組與電機(jī)定子、轉(zhuǎn)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(jī)外殼Lab轉(zhuǎn)子鐵芯和軸圖3伺服電機(jī)感應(yīng)電產(chǎn)生原理3

7、)4)當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器使能時(shí)瞬間得電壓變化量（dV/dt）通過電機(jī)得分布電容C則產(chǎn) 生了感應(yīng)電（i=C*dVZdt）,原理與驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生感應(yīng)電相似。感應(yīng)電與電機(jī)所用驅(qū)動(dòng)器得性能有關(guān)（直流側(cè)電壓、開關(guān)器件動(dòng)作時(shí)間），與電 機(jī)制造工藝、絕緣療度、鐵芯長度、氣隙等有關(guān)一般容量越大得伺服電機(jī)感應(yīng)電越強(qiáng)。4伺服系統(tǒng)感應(yīng)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(shè)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(rèn)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(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)，伺服系統(tǒng)放在有絕緣材料得工作臺(tái)上確保伺服 電機(jī)與工作臺(tái)面、地面絕緣;伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)置好參數(shù)并使能（可空載測試或僅使能）,將萬用表設(shè)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(yīng)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(zhǔn)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(yīng)電流。42 三相五線制系統(tǒng)（TNS）（注）測試I）連接伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)，

9、伺服系統(tǒng)放在有絕緣材料得工作臺(tái)上，確保伺服電機(jī)與工作臺(tái)面絕緣；2）伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)置好參數(shù)并使能（可空載測試或僅使能）,將萬用表設(shè)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(yīng)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(zhǔn)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(yīng)電流。5伺服系統(tǒng)交流感應(yīng)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(yīng)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(dǎo)線直接與設(shè)備內(nèi)保護(hù)地線PE連接導(dǎo)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(rèn)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(dǎo)線直接 與中性線N連接、導(dǎo)線電阻不大于m；52濾波濾波器主要就是作用于設(shè)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(wǎng)諧波對驅(qū)動(dòng)器電流造成畸

11、變得影響。輸入濾波電抗器容量選擇，應(yīng)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(nèi)。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(qū)動(dòng)器輸入側(cè)得濾波器用于保護(hù)電網(wǎng)免受驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)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(shè)備內(nèi)控制、測量設(shè)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(shí)具有吸EMI吸收磁環(huán)收靜電脈沖能力使電子設(shè)備達(dá)到電 磁兼容（EMI/EMC）與靜電放電得相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)，使用時(shí)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(qiáng)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(hào)線及其回線（一般稱為

13、信號(hào)地線）之間，干擾電流 回路則就是在導(dǎo)線與參考物體構(gòu)成得回路中流動(dòng)。設(shè)備外殼 共模干擾:共模干擾指得就是丁擾電壓在涪號(hào)線及其回線（一般稱為信號(hào)地線）上得幅度相同，這里 得電壓以附近任何一個(gè)物體（大地、金屬機(jī)箱、參考地線板等）為參考電位，干擾電流回路則就 是在導(dǎo)線與參考物體構(gòu)成得回路中流動(dòng)。設(shè)備外殼 中性線（N）:主要應(yīng)用于工作回路，從區(qū)變電站變斥器中性點(diǎn)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(hù)線，稱為保護(hù)地線。利用大地得絕對F"電壓,當(dāng)設(shè)備外殼發(fā) 生漏電，電流會(huì)迅速流入大地，即使發(fā)生PE線有開路得情況，也會(huì)從附近得接地體

14、流入大地。(從變壓器中性點(diǎn)接地后引出主干線并每間隔20-30米重復(fù)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(wǎng)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(cè)得中性點(diǎn)接地，則中性線也稱為零線，也稱PEN;如果不接地, 則從嚴(yán)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(hù)地線,也叫安全地線，就是專門用于接到諸如設(shè)備外殼等保證用電安全之用得。PE線在供電變壓器側(cè)與N線接到一起，但進(jìn)入用戶 側(cè)后絕不能當(dāng)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«