西門子伺服驅(qū)動系統(tǒng)進線濾波器的作用

時間：2020-07-29

1 概述

變頻系統(tǒng)通常由變頻驅(qū)動裝置、電機、編碼器、編碼器電纜和動力電纜等組件構成。是專為在工業(yè)環(huán)境中的運行而設計的。

驅(qū)動裝置內(nèi)部具有功率半導體器件，通過大電流、高電壓的快速開關器件來通斷電壓來實現(xiàn)電機調(diào)速，此時的驅(qū)動系統(tǒng)是非常強大的干擾源；同時相關的輸入輸出電纜和模塊、設備間的通信電纜、編碼器等敏感設備也會因此受到強烈的電磁干擾而不能正常工作。

為了保證驅(qū)動系統(tǒng)既不影響其它設備也能保證自身運行不受影響，即設備間在同一個電磁環(huán)境下，只有采用規(guī)范的電磁兼容安裝標準才能確保設備運行的可靠與穩(wěn)定。

而做為確保電磁兼容性的一個重要的手段和方法就是安裝使用進線濾波器，

圖舉例：進線濾波器在伺服驅(qū)動系統(tǒng)中的連接和使用

2 進線濾波器的工作原理

驅(qū)動器工作時，IGBT高速開通關斷產(chǎn)生對周邊設備產(chǎn)生干擾。進線濾波器限制了驅(qū)動器電源的高頻干擾，它確保了由驅(qū)動設備產(chǎn)生的干擾大部分限制在驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)部，僅有很少一部分噪聲（在可允許的偏差范圍內(nèi)）傳播到電網(wǎng)中去。

下圖表示了一個由SINAMICS S120組成的驅(qū)動系統(tǒng)中的進線濾波器（標配及選件）的工作原理。

圖驅(qū)動器高頻漏電流流動路徑

逆變器中 IGBT的高速通斷造成了變速驅(qū)動系統(tǒng)中的高頻噪聲。這種高速通斷產(chǎn)生很高的電壓上升率（dv/dt）。高的電壓變化率作用在電機電纜和電機繞組的對地分布電容上，從而在逆變器輸出端產(chǎn)生很大的高頻漏電流。

此時必須提供一個有效的途徑，使高頻漏電流到它們的“源頭”——逆變器。當使用屏蔽的電機電纜時，高頻漏電流或噪聲電流通過屏蔽層流到PE母線排或調(diào)速柜的EMC屏蔽母線。

如果柜子沒有安裝濾波器，沒有為高頻噪聲電流提供一個流回到變頻器的低阻抗回路，那么所有的漏電流將通過輸入側的PE母排流到變壓器的中性點，然后再通過三相電源返回到變頻器。如果是這種情況，這些漏電流造成的高頻噪聲電壓會疊加電源上，從而影響那些連接在公共接入點的其它設備及變頻器本身。

通過使用進線濾波器，為高頻漏電流提供了一個低阻抗路徑使其返回到噪聲源。從而使大部分漏電流Ileak通過濾波器在變頻系統(tǒng)內(nèi)部流動。這樣一來，進入到電源中的噪聲電流就會很小，可以有效的降低公共接入點的電磁噪聲電平。

比如在使用SINAMICS變頻器標配的進線濾波器之外，又安裝了選配的進線濾波器，那么進入電源的漏電流就會進一步減小,進線電源公共接入點的噪聲電平將進一步降低。

3 進線濾波器使用的四個注意事項

? 濾波器和 IT 系統(tǒng)

進線濾波器僅適用于接地系統(tǒng)（TN或TT供電系統(tǒng)）。若SINAMICS驅(qū)動器運行在非接地供電系統(tǒng)（IT），則需要注意以下內(nèi)容：

– 若使用標準的進線濾波器，在設備安裝或調(diào)試階段就需把濾波器同地斷開。需要參照相關系列產(chǎn)品的操作說明進行。

– 在變頻器外不可以增加進線濾波器

如果不遵循上述規(guī)定，當電機側發(fā)生接地故障時，進線濾波器將過載甚至損壞。

? 需要采用帶屏蔽的電機電纜

在電機和變頻器之間，雙端屏蔽良好的屏蔽電纜保證了噪聲電流可以*的流回調(diào)速柜中。

如果電機電纜為非屏蔽電纜，那么高頻漏電流將通過一個系統(tǒng)中其他高頻低阻抗路徑回到驅(qū)動器，也就是說，這個漏電流通過電機電纜的分布電容流過電纜橋架和系統(tǒng)大地，然后通過不確定的路徑，比如供電電纜及變壓器中線點接地線或分布電容進入到三相電源，較終返回到變頻器內(nèi)。在這樣情況下，高頻漏電流很大一部分沒有通過進線濾波器，而導致濾波器無效。

? 驅(qū)動裝置與電機需要良好接地

SINAMICS設備外殼與柜內(nèi)的PE母線和EMC屏蔽條必須低阻抗連接。為此必須使用柜子的金屬結構件來保證大面積低感連接，連接表面必須是裸露的金屬而且每個接觸點必須保證較小幾平方厘米的接觸面，或用大截面的短接地導線。必須使用扁平或圓的銅編織線為寬頻率范圍的噪聲信號提供返回回路。于此同時也需要考慮到電機的可靠接地，對電機接地的目的是需要設備間形成等電位體，確保為高頻漏電流提供可靠的低阻抗回路。

該規(guī)則同樣適用于進線濾波器與PE母線排和EMC屏蔽條的連接。

? 驅(qū)動裝置只能連接使用與之匹配的進線濾波器，可以通過手冊和樣本進行型號的確認。不能多個驅(qū)動器共用一個濾波器。

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詞條
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