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无噪驱动

作者:Frank J. Bartos, P.E., Control Engineering顾问编辑2008.10.19阅读 3318

  随着节能及其他优势的发展,可调速驱动在驱动设计和安装过程中必须最小化驱动发出的分裂电噪声。

  可调速驱动器(ASDs)在节省能源及优化自动化系统上很出色,但是会产生高频电噪声。在驱动的功率部件上产生大电压变化的快速开关晶体管是电噪声的主要来源,电噪声也被称作电磁干扰(EMI)。EMI是指任何设备(包括驱动)之间的互相干扰,这种干扰来自于电缆上的异常能量传输(传导噪声)或者辐射能量接受(辐射噪声)。传导EMI的频谱从150kHz到30MHz,辐射EMI的频谱从30MHz到1GHz。虽然本文讨论的焦点是交流驱动,但是直流驱动也会受到影响。射频干扰(RFI)是通讯设备之间的关联扰动,通常认为RFI是EMI的一种。虽然EMI/RFI频率在音频以上CONTROL ENGINEERING China版权所有,但是它们的影响却可以在通讯设备听到。
  在ASDs的设计和安装时控制工程网版权所有,EMI一定要消除掉,以防止性能降低或者对驱动本身造成损坏以及对周边仪器和设施造成影响。电磁兼容能够消除EMI并使电气电子设备对EMI影响具有免疫作用。整体功率驱动系统(PDS)解决方案包括驱动、电机、外壳和电缆,这些都在驱动国际EMC标准(IEC61300-3)中作了相应规定


  新型可调速驱动器将EMI/RFI滤波器集成到居住环境应用系统中,如ABB Automation的
ACH550直流驱动,据称符合居住环境下IEC电磁兼容性标准。图片来源:ABB

  适合环境
  IEC61300-3中定义了两种驱动安装环境。住宅区域(第一种环境)比工业设备(第二种环境)的要求更严格。ABB Automation Inc.公司的产品营销经理Mark Kenyon指出:连接到公共低压供电网络(第一种环境)上的PDS系统需要配给EMI滤波器。他说:“如果周边有潜在受影响单位[易受干扰的设备],工业环境(第二种环境)也建议使用滤波器。”
  EMI滤波器通过将传导干扰导向大地来减小点线连接中的扰动。大多数新型驱动的标准特性符合第二种环境EMI滤波器,采用了铁氧体磁芯(磁环)和阻容网络(RC)。Kenyon说道:“对于某些驱动器来说,内部或外部安装的第一种环境滤波器是作为一种选件提供。”
  在Siemens Energy & Automation公司,EMI/RFI影响在可调速驱动开发中受到了广泛关注。驱动技术经理Wolfgang Hilmer解释道:驱动器在声室中进行测试控制工程网版权所有,确保其向环境发射的电噪声最小化,并保证驱动器不会受环境影响。测试聚焦在功率模组上,那里安放的快速开关和绝缘栅双极型晶体管是产生EMI的源头。
  滤波器是对付EMI/RFI的重要手段。对于Siemens驱动器来说,为了满足工业应用的电磁兼容要求控制工程网版权所有,一个EMI滤波器是标准配置。小型的驱动器通常都有一个嵌入式的EMI滤波器。Hilmer说道:“对于大型驱动器,滤波器通常是独立单元,它将电噪声从线路中引出。”

  细节决定成败
  因为功率驱动系统的各种零部件都必须作抗辐射干扰处理,所以减少辐射干扰是典型的“细节决定成败”。外壳、电缆/配线和系统安装受到了主要关注。ABB的处理办法包括使用如下措施:
  ■  托盘、门和其它金属部件的接触点处使用无涂层无锈蚀的表面,包括门和盖处使用的导电衬垫;
  ■  无涂层的安装盘必须与通用接地点牢固连接,确保独立的金属部件都有统一的接地回路;
  ■  供电电缆屏蔽层所连接的高频接地要求使用专用的高频电缆引入点;
  ■  控制电缆屏蔽层所连接的高频接地要求使用导电衬垫;
  ■  使用屏蔽供电电缆和控制电缆,并且分开走线;
  ■  整个功率驱动系统安装的接地。
  Siemens公司通过测试发现,驱动外壳的接地对于控制EMI是很重要的,特别是对于大型的附着单元。Hilmer说道:“摆脱电噪声的基本方法就是通过低阻抗路径将其导入大地。而且,金属外壳就如同屏风,遮挡噪声,焊接框架结构保证良好接地。”与框架相连的驱动还应该具备接地总线,为电噪声提供低感接地通路。
  Hilmer提及的其他电磁兼容防护办法包括在门和外壳之间使用接地带。在门上仅仅使用接地线是不够的,因为对于电噪声源来说这是高阻抗通路。他说:“我们在门和框架之间使用编制的接地带。大的表面积可以保证高频噪声有效传导。”
  所有功率驱动系统组件——驱动、电机和电缆——必须接地。Hilmer补充道:“驱动之外的其他部分也同样重要。”他解释道,这包括详细的驱动安装方法,加之生产厂家的努力,才可以使EMI/RFI干扰最小化。

  标准观点
  如果在欧洲或其他地区使用控制工程网版权所有,可调速驱动器必须符合EMC标准,但是时下并没有相应的美国标准直接全面地覆盖驱动器的电磁兼容要求。可以采用国际标准IEC61800-3,它明确了与驱动输出及住宅或工业环

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