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西门子伺服驱动系统进线滤波器的作用

2020-10-10

    1、概述

    变频系统通常由变频驱动装置、电机、编码器、编码器电缆和电力电缆组成。它是为在工业环境中运行而设计的。

    驱动装置中有功率半导体器件。通过大电流、高电压的快速开关器件,可以通过开关电压来调节电机转速。此时,驱动系统是一个非常强的干扰源;同时,相关的输入输出电缆和模块、设备之间的通信电缆、编码器等敏感设备也会受到强电磁干扰而不能正常工作。

    为了保证驱动系统不影响其他设备及其自身运行,即在相同的电磁环境下,只有采用标准的电磁兼容安装标准,才能保证设备运行的可靠性和稳定性。

     

    为了保证电磁兼容,安装和使用进线滤波器是一个重要的手段和方法,

    当驱动器工作时,IGBT高速开关,会对外围设备造成干扰。输入滤波器限制了驱动电源的高频干扰,保证了驱动设备产生的大部分干扰被限制在驱动系统中,只有一小部分噪声(在允许偏差范围内)传输到电网。

    下图显示了由SINAMICS S120组成的驱动系统中输入滤波器(标准和可选)的工作原理。

    逆变电源中IGBT的高速开关导致调速系统产生高频噪声。这种高速开关会产生高电压上升率(DV/DT)。高电压变化率作用于电机电缆和电机绕组对地的分布电容,导致逆变器输出端出现较大的高频泄漏电流。

    此时,必须提供一种有效的方法使高频漏电流流向其“源”逆变器。当使用屏蔽电机电缆时,高频泄漏电流或噪声电流通过屏蔽层流向调速柜的PE母线或EMC屏蔽母线。

    如果机柜没有配备滤波器,也没有为高频噪声电流返回逆变器提供低阻抗电路,那么所有泄漏电流将通过输入侧的PE总线流到变压器的中性点,然后通过三相电源返回到逆变器。如果是这种情况,由这些泄漏电流引起的高频噪声电压将叠加在电源上,从而影响连接到公共接入点的其他设备和逆变器本身。

    通过使用输入滤波器,为高频漏电流返回噪声源提供低阻抗路径。因此,大部分泄漏电流ileak流过变频器系统中的滤波器。这样,进入电源的噪声电流将非常小,可以有效降低公共接入点的电磁噪声水平。

    例如,除了安装SINAMICS逆变器的标准进线滤波器外,还安装了可选的进线滤波器,从而进一步降低了进入电源的漏电流,进一步降低了进线电源公共接入点的噪声水平。

    

    进线滤波器使用的四个注意事项

    滤波器和 IT 系统

    进线滤波器仅适用于接地系统(TN或TT供电系统)。若SINAMICS驱动器运行在非接地供电系统(IT),则需要注意以下内容:

    若使用标准的进线滤波器,在设备安装或调试阶段就需把滤波器同地断开。需要参照相关系列产品的操作说明进行。

    在变频器外不可以增加进线滤波器

    如果不遵循上述规定,当电机侧发生接地故障时,进线滤波器将过载甚至损坏。

    需要采用带屏蔽的电机电缆

    在电机和变频器之间,双端屏蔽良好的屏蔽电缆保证了噪声电流可以容易的流回调速柜中。

    如果电机电缆为非屏蔽电缆,那么高频漏电流将通过一个系统中其他高频低阻抗路径回到驱动器,也就是说,这个漏电流通过电机电缆的分布电容流过电缆桥架和系统大地,然后通过不确定的路径,比如供电电缆及变压器中线点接地线或分布电容进入到三相电源,最终返回到变频器内。在这样情况下,高频漏电流很大一部分没有通过进线滤波器,而导致滤波器无效。

    驱动装置与电机需要良好接地

    SINAMICS设备外壳与柜内的PE母线和EMC屏蔽条必须低阻抗连接。为此必须使用柜子的金属结构件来保证大面积低感连接,连接表面必须是裸露的金属而且每个接触点必须保证最小几平方厘米的接触面,或用大截面的短接地导线。必须使用扁平或圆的铜编织线为宽频率范围的噪声信号提供返回回路。于此同时也需要考虑到电机的可靠接地,对电机接地的目的是需要设备间形成等电位体,确保为高频漏电流提供可靠的低阻抗回路。

    该规则同样适用于进线滤波器与PE母线排和EMC屏蔽条的连接。

    驱动装置只能连接使用与之匹配的进线滤波器 ,可以通过手册和样本进行型号的确认。不能多个驱动器共用一个滤波器。

    

    

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