来自驱动器的电磁干扰:如何控制可调速驱动器的高频噪声

可调速驱动器(asd)产生破坏性的高频电气噪声，也称为电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)。使用广泛使用的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的asd会产生最大的电噪声。由IGBT的超高速高频开关引起的EMI/RFI问题必须得到解决。
弗兰克·巴托斯，2008年6月控制工程文章

《驾驶的沉默》

通过提供改进的接地路径。
EMI / RFI之外
发射的辐射或传导杂散电压一旦进入物理地球或相关的开放路径，就会产生高频有害地电流。有三个主要原因必须控制这种地面电流，而不是将其减缓到地下。
1.安全．高频地电流在物理地球上引起潜在的电弧和火花。在采矿业和其他危险的加工环境中，安全是首要考虑的问题，这些问题对人员来说是不可接受的。根据环境的不同，地面上的电弧和火花会对设备造成严重的损坏。高频地电流也会严重影响运行中的asd附近的牲畜。
2.马达过早失灵．高频地电流产生电机轴承电流，导致电机轴承凹槽或点蚀。轴承损坏导致电机过早故障。没有电机制造商保证电机轴承不出现故障。见电机故障原因饼图。

电机故障原因

饼图显示，轴承和定子是电机故障的主要原因。来源:控制工程，零基础,PDMA集团．

3.有源限幅装置范围外频率的干扰。当干扰发生在有源限幅器件的频率范围之外时，igbt的高频开关将继续干扰敏感的电子设备(如传感器、金属探测器、传感器、plc和其他设备)和相邻的ASD系统单元。
被动的技术
通过对物理接地的冗余接地来减轻高频地电流的影响的标准实践的另一种选择存在。考虑到杂散电流一旦引入物理地球，可以向任何方向迁移，并通过多条接地路径重新进入地网。技术可以创造一个替代的高频低阻抗接地路径，作为一种遏制、控制和重定向这些高频接地电流远离物理地球和危险位置的方法。该技术通过将高频地电流重定向到极低阻抗路径上的源公共点，将高频地电流降低到接近零的水平。讨厌的能量选择留在这条期望的路径上。
系统组件
内部和外部部件组成了系统组件。内部组件考虑了这些高频和共模电压能量移动的方式:电容耦合、电感耦合、辐射、感应电流和传导。并联电机导体本质上是一个长电容器(绝缘体、导体、绝缘体、导体、绝缘体和导体)。
任何一个电机导体都可以看作是一个与每个电感耦合的开卷电感。高频能量可以像天线一样被辐射出去。这个能量也是通过一个导体传递的。实施标准接地实践，这些高频瞬态杂散不仅相位到相位，而且相位到地，并且在系统内无处不在。必须注意的是，固有的逆变器设计这些瞬态不耦合到一个中性点共模。
内部组件在平行电机导体上采用了更厚的交联聚乙烯(XLPE)绝缘，有助于减少导体之间的串扰。每个相导体，现在接地包裹，电缆内敷设与整体PVC护套形成多相电缆。
外部组件包含机械抗压强度、高频低阻抗路径和具有整体护套的大电流低频导电路径。镀锡铜编织在灵活的青铜螺旋芯上，允许物理灵活性和EMI/RFI屏蔽。(屏蔽效果见下表)编织芯采用特殊性能的聚氯乙烯或零卤聚氨酯复合材料。外部元件终止装置是一种标准的现货配件，具有各种应用所需的所需的机械和电气性能。

外组件屏蔽效果

频率(MHz) 1 10 One hundred. 450 1000年 衰减(db) 127 130 136 116 118

来源:控制工程零地带

它是如何工作的?
使用简单的终止方法终止系统组装。相位导体按设计终止在ASD的负载侧和线路侧。高频路径和低频大电流路径必须不间断地从电机通过ASD并在电源中性点终止，然后被定向到物理地球。当在物理地球上测量时，这些有害能量现在被视为并确认为最小。(见前后图)

应用电屏蔽前后的电气噪声

来源:控制工程零地带

前后的测量显示了如何零基础高频率
消除破坏性的电子噪音
安全:该无源系统通过包含和引导高频和共模瞬态提供安全性和可靠性，从而抑制有害的共模电流，并引导硬故障电流远离青铜螺旋芯上的危险位置，以安全处理。抑制这些来自外围设备和地球系统的杂散能量的过程有利于人员和邻近设备。
马达过早失灵:通过在低阻抗接地路径内包含、控制和重定向高频接地电流，无源系统减少了电机轴承放电，延长了电机寿命。
干扰，包括EMI/RFI:这种无源系统覆盖所有负载阻抗，不依赖于频率。该系统通过包含和减轻杂散电容、电容耦合能量、电感耦合能量和共模电压来包含、控制和重定向高频电噪声。它还可以最大限度地降低电机电缆引线中的电晕起始电压(CIV)，消除电机机架对地电压，并最大限度地减少相邻电缆之间的串扰。此外，它可以消除杂散电压(CMV)，从而抑制杂散电流(CMC)在PE设备接地电路中的流动。
零地高频提取系统(HFES)
专利的零地高频提取系统(hhfes)和组装方法将高频地电流降低到接近零。

零地高频提取系统(hfs)据说可以将高频地电流降低到接近零。

在最近的一次安装中，丹·柯立芝，工程经理electroflex公司他对生产车间新安装的两个完全相同的驱动系统进行了比较。柯立芝在一个系统上指定了hfs，并让另一个系统按常规连接。
“在安装后，以重复的时间间隔进行示波器读数，以验证hfe系统上的零电流接地。我们的振动分析师已经在没有hfs的相同驱动系统上听到轴承磨损，其中地面电流测量约为1,500毫安，”柯利奇指出。
hfe解决了高频地电流引起的各种问题，提高了系统故障前平均时间(MTBF)，减少了昂贵的计划外停机时间。hfe用于驱动器的输入和输出，并且在每个电缆组件段上支持超过150米的距离。当按照规范正确安装时，这种被动hfe系统不需要定期维护，也没有常规可更换部件。
hfs符合NEC 250和CSA第10节的要求，迄今为止已多次安装。许多领先的驱动器和电机制造商已经评估和批准了hfe。今年早些时候，

美国劳动、采矿和安全健康管理局(MSHA)批准了hfs

用于国内所有地表和地下矿山。
有关此主题的更多信息，请参见:系统减少VFD地电流。
Richard E. Jacky是工程经理，Bob Hopkins是工程副总裁，Mark Panko是销售副总裁Zero Ground LLC．
-编辑:马克·霍斯克，总编辑
控制工程
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