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公司新聞

薩頓斯 電機驅動器輸出解決方案（下）

電纜屏蔽和寄生接地電流
從EMI抑制的角度，需要使用屏蔽電機電纜來避免在約1~30MHz的頻率范圖內，輻射干擾與主電源電纜的反饋耦合。然而，這種EMC措施僅在電機電纜的屏蔽端部與電機和變頻器地線直接接觸的情況下才有效一如果 可能的話，在高頻低阻抗的條件下，并且盡量增大面積。這確保干擾電流基本上通過較短路線流回到源端。 正常情況下，變頻器在接地網(wǎng)絡中運行，并且不存在任何電勢隔離。因此.變頻器電機與此屏蔽電機電纜的 幾何擴展構成導電元件相對于地電位的寄生電容。如果變頻器中發(fā)生可用DC電壓斬波，則在電壓電位跳變期 間，大量脈沖電流通過寄生電容流入大地。電纜屏蔽層上的干擾電流水平取決于dv/dt和寄生電容的數(shù)值（ I=C*dv/dt）。當電機電纜的長度約100米時，不管驅動機構的額定功率等級如何，超過20A的脈沖電流峰值 并不罕見。這些電流的諧波譜可能會達到若干MHz的范圍。電機電纜的屏蔽層由于存在編織，具有非常大的表面積和足夠的截面積承載這些電流。因此，在很寬的頻率范圍內，屏蔽層固有極低的阻抗。由于表面積較 大，趨膚效應造成的損耗降至較低。另一方面，電纜屏蔽層的接地不充分(所謂的“豬尾”）對于所考慮的 頻率范圍的阻力非常大，常常抵消掉期望的屏蔽效應。
如果電機電纜附近有并排鋪設的控制電纜或電子元件，脈沖HF電流流過其幾何擴展以及所產生的寄生電容， 轉而通過電容耦合對附近設備造成不可容忍的形響。
如果附近元件緊靠電機電纜，導體環(huán)和屏蔽電流的高dv/dt值還將導致磁耦合，從而還可能造成不允許發(fā)生 的影響。
另外，流過屏蔽層的電流必須由變頻器提供。這些電流不僅依賴于驅動機構的額定值，還依賴結構的幾何擴展。對于較小的功率額定值，此現(xiàn)象的結果，特別是對于電機電纜較長的情況，可能是必須使用更高一級規(guī)格的變頻器，以便提供負載所需電流以及通過接地的寄生電流。一個變頻器支持若干個并聯(lián)電動機可能會 造成問題。若干屏蔽電纜的并聯(lián)將導致相對較高的總電容，從而產生較高的屏蔽電流。然而，若干個驅動機構并聯(lián)會產生更多問題。通過電機和整個系統(tǒng)的寄生電流會明顯影響整個系統(tǒng)的可靠性。

 

軸承損壞
必須屈服兩種不同的物理事件:
軸電壓（或者轉子電壓）是一種電感性電壓，由于定子和轉子的通量密度不同而在電機軸上感應而生。軸電壓重要的影響因素是電動機的長度。只要軸承內的潤滑油膜完好無損，電壓就持續(xù)積累，直到后面，補償 電流流向大地。此時，阻力較小的路徑將通過電機軸承。此軸承電流（I1）在經(jīng)過一段時間之后，通常會導 致軸承變干，從而電機出現(xiàn)故障。使用陶瓷軸承可以在一定程度上緩解此現(xiàn)象。
軸承電壓是一鐘非對稱(共模)電壓，由于電動機外殼、定子和轉子之間存在電容耦合（C1,C2和C3）而發(fā)生，并導致軸承（Cbeaning、UBeaning）的靜電放電電流(Idv/dt和IEDM).更準確地說，此軸承電壓產生兩 個不同的電流:在運行的前幾分鐘，軸承潤滑劑還冷的時候，由于dv/dt的原因，流過Cbeaning的電流為 5~200mA（Idv/dt）。一般來說.這些可以忽略的電流并不會導致軸承的任何損壞。很快，當潤滑油膜變熱 后，可以測得5 ~10A的峰值電流（IEDM）。這些閃絡在軸承表面留下小坑。由于表面受損，軸承運轉性能 越來越差，使用壽命大大縮短。通常，軸承電壓為10~30V。但由于此電壓直接取決于主電源的電壓，所以 當電源電壓較高時，軸承以超過正比的速度迅速損壞。
對于非屏蔽電機電纜，電纜電容（Ccable），從而電纜電流（Icable），相對較小。電機內部的寄生電容 占主導地位。理想情況下，寄生電流經(jīng)過電機外殼流入大地（IC1）。然而，如果電機接地不足，將產生附 加阻抗（Imp），限制了電流（IC1）。由于附加阻抗的原因，由于附加姐抗的原因,C2、C3和Cbeaning處的 電位勢迅速升高。另外，軸承電流的數(shù)值也大大增加，并通過軸承完全流入大地（Ibeaning）；此時，滾 珠軸承，從而整個電機的使用壽命縮短至數(shù)小時。
可聞噪聲水平
與前述問題狀況相比，開關頻率造成的電機嘯聲似乎可以忽略。然而，對于與供暖，通風和空調技術（ HVAC）有關的應用，噪聲將通過空氣管或供暖管道傳播到整座建筑物，所以必須考慮此問題。
輸出側問題解決方案
出于成本、時間和空間原因，一般先嘗試在不增加元件的情況下解決問題。然而，電機或系統(tǒng)失效所產生的 后續(xù)成本常常遠遠超過預防性干擾抑制措施的成本。
當決定增加元件來提離可靠性與運行安全性時，可選擇下述方案:
1、dv/dt扼流圈和濾波器（低電感，幾乎不降低動態(tài)控制）
2、電機扼流圈(電感增加，信號平滑改善，但是不通用于各類受控驅動機構) 
3、正弦輸出濾波器（高L和C，優(yōu)化輸出信號，但是不通用）
傳統(tǒng)的對稱正弦波輸出濾波器
傳統(tǒng)的對稱正弦輸出濾波器為LC低通濾波器，將相間變頻器的PWM信號轉換成為平滑的正弦曲線。信號剩余 波紋可以通過L和C進行調節(jié)。3%一5%的波紋電壓?？色@得成本效益比。
有些情況下，需要采取附加措施。對稱正弦濾波器盡管具有自己的優(yōu)勢，但是并不能解決某些問題，因為盡管安裝了濾波器，但仍然存在對地脈沖信號。這些問題包括：
1、軸承損壞
2、寄生接地電流
3、需要使用屏蔽電動機電纜 
4、電動機電纜長度有限
對稱和非對稱正弦輸出濾波器
本產品是薩頓斯完善的模塊化正弦濾波器概念，目前在市場上是相對稀少的。它由傳統(tǒng)的對稱和附加非對稱正弦濾波器模塊組成，可以定制以滿足任意要求。通過創(chuàng)新的回路結構和附加中間DC鏈路，附加模塊能夠向任意位置送出對稱干擾信號。
此過程符合干擾抑制技術的基本原理;在噪聲源頭而非現(xiàn)場采取必要的措施。本產品應該視為是一個模塊化 系統(tǒng)，其中對稱濾波器部分可以自主連接，但是非對稱部分必須與對稱模塊配合連接。集兩種解決方案于一 身。通過配合使用，此解決方案實現(xiàn)了下述益處:
1、徹底消除軸承損壞
2、可以使用非屏蔽電機電纜而不會降低抗擾度 
3、沒有biggest電纜長度限制
4、幾乎徹底消除接地脈沖電流 
5、對臨近電纜和設備沒有干擾 
6、消除變頻器附加損耗
7、降低輸入側的抑制效應
由于變頻器在大地參照網(wǎng)絡中運行，所以在輸出側采取的大部分措施亦將影響輸入側的行為（反之亦然）。當使用本產品后，幾乎沒有脈沖干擾電流進入大地，因此EMC主電源輸入濾波器的非對稱部分可以省去，從而降低了總成本。

 

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