SIEMENS本溪市西门子中国总代理商-西门子变频器伺服电机总代理

伺服电机和变频驱动器（VFD）通常由两部分组成-电动机自身和驱动电动机的控制器（也叫做放大器，伺服驱动器或逆变器），控制器和电动机之间通过电缆连接。控制器接收来自交流电流的功率。伺服电机具有保持高精度特定位置的反馈电路。这意味着没有运动，伺服电机仍然处于工作状态。

变频驱动器（VFD）具有不同的工作方式-它们的速度由驱动信号的频率控制。这两种驱动器之间的共同点在于它们都由脉冲调制信号（PWM）驱动。图1为典型的变频驱动器设置框图。交流电源为变频控制器馈电，将其转换为脉冲信号驱动电动机。伺服电机（图2）加入了位置控制反馈。一种典型的制造和机器工具少则有一个这样的驱动器，多则有20个这样的驱动器。

有许多问题与变频驱动器和伺服电机相关。我们只关注部分问题。读者可以简单的在搜索引擎上查找变频驱动器，轴承，过电压和电磁干扰以了解问题的整个范围，并寻求解决方案。

脉冲驱动信号的特性

为了减少设备成本，驱动脉冲逆变器采用快速开关来驱动脉冲使其具有几纳秒的上升和下降时间，从而将这些信号的频谱扩展到几兆赫兹。简单地打开和关闭流入电机的电流比产生一个逐步加大和逐步减小的输出电压更为简单，更便宜和更有效。这些短边沿驱动脉冲是各种问题的主要来源。如果控制器和电机之间的连接为适当的射频连接，例如，匹配输入和输出阻抗，选择了适当的射频等级电缆和类似设计，许多问题都不会存在。设计电动机的目的不是正确传输信号，而是进行机械工作，很少考虑其高频信号特性。以下是由尖脉冲驱动信号或相关引起的一些问题（顺序与重要性无关）

电动机轴承损毁过电压和关联绝缘损坏电力线和地线中的高电平传导电磁干扰地平面中高电平电磁干扰电流引起的电气过载(EOS)问题来自电缆的高水平辐射电磁干扰机械噪声电动机过热消除伺服电机和变频驱动器中的电磁干扰问题

电动机轴承损毁

让我们将电动机当作一个电子电路。将边沿陡的驱动脉冲作用在定子（即电动机底座的感应器）上。定子对转子具有强电容耦合（定子和转子大的金属表面之间间距很近）。
驱动脉冲的自身频率非常低-通常不高于20KHz，并且不是考虑的重点-驱动脉冲的尖锐边沿的高频成分从容性耦合中得到的阻抗很小，现在电动机的高频电压与驱动脉冲边沿同步。这个电压反过来会引起电流通过唯一路径即从转子到电动机轴承流到地平面。显示地电流是如何与驱动脉冲边沿完全同步的。
轴承钢珠和轴承底圈之间的连接经常是间断的，绝缘润滑油的存在会加剧这个问题。这会导致轴承中的电流产生电弧放电，从而产生EDM现象-电火花放电。基本上，电火花一次会吞噬小片金属。这种现象广泛发生在其他难以加工的金属部件上，这些金属部件具有球形轴承，而金属机械加工的机制基本相同。目的和输出却大相径庭。电火花在轴承中引起的EDM起源于小的弧坑，或者麻点引起的不连续，这会产生放电和危害。在轴上低至200mV的电压也会产生电火花，电动机上的感应电压很高-高达上万伏。
一旦产生了麻点，它就会成为放电的集中点。由于驱动脉冲和产生的放电每秒在每次电动机运行中会发生上千次，它持续时间不会很长从而不会对轴承产生yongjiu性损坏。Zui常见的问题之一是轴承凹槽，或称之为跑道形放电器-见图X(ABB)。这个问题会传播，Zui终由于轴承故障造成电动机yongjiu性损坏。这个问题很常见，并且自身没有表现出任何会消除的迹象。

脉冲边沿过电压

如果电动机控制器的输出阻抗，电动机的输入阻抗和连接电缆的阻抗完全匹配，那么驱动脉冲完全是方波脉冲。电动机不是射频设备，没人尝试进行阻抗匹配，如果人们尝试进行匹配它就不能工作了。失配会引起振铃和过载。

图6显示了很轻的振铃和过电压情况，很多情况下过电压很容易就超过正常脉冲幅度的60%。红线为控制器输出端的直接驱动信号；蓝线为电动机上经过3英尺（~1米）电缆的相同信号。很明显这个过电压和振铃只会通过轴承增加地电流。根据美国能源部【7】:“来自脉宽调制变频器的Zui快上升脉冲可能会引起有害电流在轴承中流动，过电压不大”。过电压不仅会引起压筋的损害，还会压迫电缆和电动机内部线圈的隔离层，除此以外，还会引起电压控制驱动电流损坏，电动机过热和噪音问题，这还没包括其他不严重的影响。这个问题已得到广泛关注。IEC/TS60034-25（与IEC/TS60034-17合并）声明采用标准绝缘的电动机终端的脉冲电压不能超过1350V。如果电动机终端的脉冲电压上升时间低于0.8µs，对于具有50ns上升/下降时间的脉冲，其容许的脉冲电压降到900V，NEMAMG1-2014还强调电磁干扰会引起轴承损坏和其他问题。

设备的电磁干扰

仅关注电动机损坏或变频器/伺服电机上高频驱动信号过电压方面的问题是不够的。电动机不是单独工作的-它们安装在设备上，而这些设备可能对电动机产生的电磁干扰敏感。来自驱动器的高频干扰会引起：