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1、 广州致远电子有限公司 文库 资料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 广州 致远电子 有限公司 ，转载或引用请注明出处 1 行 业 仪器 -PA 功率 分析仪 功率 分析仪 现场干扰排查的实例 在工程师们的日常测试中，故障干扰排查可谓是家常便饭， 而高级工程师往往能快速 定位 问题， 这与 丰富的 日常经验和灵活使用 测量 仪器有很大关系， 下文将结合实例来详细分析。 测试现场 此 次 测试 的对象 为小型电机系统， 系统分为驱动器 、电机平台、测试 ， 3 个 部分 。 驱动器输出通过电缆连接到电机平台，电机转轴上
2、安装扭矩传感器，传感器所有连接线引到 测试仪器 ，传感器输出信号接入 功率分析仪 电机测量单元扭矩 BNC 接口。传感器输出 100kHz50kHz 脉冲对应 0 5Nm 扭矩。 这是一个日常 的 测试现场， 工程师们需要测量 基础电参数， 通过波形 查找 干扰 问题， 评估三相不平衡度 等。 遇到问题 调试中发现，驱动器上电但未开启输出，电机转轴处于自由静止状态，测量到一个较大的值。用示波器测量传感器输出，发现 100kHz 脉冲上每个几个周期出现一些尖峰振荡，经过比较器后多了些脉冲，导致测频结果高于 100kHz。那么干扰信号从何而来？首先怀疑是驱动器，驱动器断电干扰消失。把传感器电缆从传
3、感器处拔出， 100kHz 和干扰都没有了。证明干扰由驱动器产生，通过驱动器输出线、电机、扭矩传感器及连线耦合到 功率分析仪 。 广州致远电子有限公司 文库 资料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 广州 致远电子 有限公司 ，转载或引用请注明出处 2 行 业 仪器 -PA 功率 分析仪 解决问题 这一款驱动器比较特殊，变频器不输出时内部开关管依然处于工作状态，相比其它变频器这款干扰很大。分析其噪声模型如下图所示，驱动器输出共模电压，绕组与机壳间存在寄生电容 C1，机壳与传感器电路有寄生电容 C2，形成传导路径，电机和
4、传感器壳体作为中间导体虽然接地，不过驱动器、电机、测控柜距离较远，接地线阻抗高中间导体电位并不为零，仍有高频共模电流通过电缆进入 PA。 PA 扭矩输入是 BNC 型端子，内部电路地对机壳多少有一些空间杂散电容 C3（约几十 pF），共模电压在两信号线产生不对称的电流，从而在线路阻抗上转化为差模电压叠加在正常信号中。 从安全方面考虑，三个机柜都必须接大地，强电线路与信号线分开避免干扰这些都是要遵循的基本原则。实际机柜间位置 较远，接地对于高频干扰改善不多，只作为安全措施。解决这种问题一般考虑是从干扰源、传播路径、敏感设备三方面着手。驱动器和 功率分析仪 是成型的设备，不便于改动，考虑从传播路径
5、入手，使用多芯屏蔽电缆连接扭矩传感器到测控柜，传感器端屏蔽层连接到传感器外壳，也与电机平台连通，另一侧屏蔽层接到测控柜机壳。最初的时候屏蔽层通过一根较长的线连接到测控柜，发现并没有改善，最后使用铜片将整根线压到机柜，干扰得到很大衰减。 广州致远电子有限公司 文库 资料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 广州 致远电子 有限公司 ，转载或引用请注明出处 3 行 业 仪器 -PA 功率 分析仪 此时将系统运行起来，通过功率分析仪 的数据和波形再次 进行 验证，电压波形图和矢量图都很完美。 广州致远电子有限公司 文库 资料
6、 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 广州 致远电子 有限公司 ，转载或引用请注明出处 4 行 业 仪器 -PA 功率 分析仪 深入分析 此处顺便提及一下干扰信号的传播，可通过空间或导体传播，空间干扰方式可分为感应和辐射，辐射通常以电磁波方式传播。感应发生在较近距离内，干扰源若是高电压小电流则以电场干扰为主，低压大电流则以磁场为主。对于敏感设备，高阻抗节点易受电场干扰，应使用电场屏蔽，屏蔽导体接地。低阻抗闭合回路易受磁场干扰，应尽可能减少环路面积。传导干扰通过器件、线路以共模或差模方式传播，如果设备或线路不平衡共模则会
7、转化为差模信号叠加在有用信号中。 本例以传导干扰为主，所用方法基于以下的原因解决问题。 1）通过宽大的屏蔽层对高频信 号呈现较低的阻抗，减少电机平台和测控柜的地电势差，干扰电流通过较低阻抗的屏蔽层泄放到测控柜，而不是走信号线。 广州致远电子有限公司 文库 资料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 广州 致远电子 有限公司 ，转载或引用请注明出处 5 行 业 仪器 -PA 功率 分析仪 2）为什么用一段导线将屏蔽层连接到测控柜却不能改善噪声？试验中使用的是 0.75mm2圆导线长约 50cm，由于趋肤效应增大了此导线的阻
8、抗。 3）屏蔽层与芯线通过绝缘介质形成电容，屏蔽层直接接机壳，其效果相当于穿心电容，芯线上共模电压被此电容旁路。 4）此处电机平台和测控柜已有接地，通过传感器连接线屏蔽层又将两者连接，形成地环路。然而实际工程应用中地环路往往不可避免地存在，本例中若没有屏蔽层依然会通过C2、电缆和 C3 产生高频地环路，从这方面看屏蔽层改变了环路路径。 本文的方法仅作参考，具体问题应当具体分析并验证。接地与屏蔽是十分复杂的学科，要考虑到现实器件的非理想特性，如实际的一根导线往往都不能等同于电路原理图上的连线，因此对于系统中噪声干扰需要细致地进行理论分析和实际验证，确定合适的布局连线。 此次 故障干扰排查实例 充分说明 了 能 灵活使用 功率分析仪 进行测试和丰富的现场排查经验 都是非常重要的 ， 功率分析仪拥有强大的波形和测试功能 ，能 为电机与驱动器的研发生产提供高可靠性的测试分析数据。
