故障排除提示：诊断和减轻噪声尖峰

我们的专家委员会就发现发现噪声尖峰和消除它们的方法来分享提示。

噪声尖峰可能导致运动系统中的一系列问题。在低电压下，由于噪声引起的不期望的效果，尖峰可以引入从滋扰报警和仪器故障到设备损坏或甚至身体损伤的信号问题。（例如，加速未指定位置的执行器加速）。

在此故障排除文章中，我们将专注于发现，减轻和防止噪声尖峰的提示和技术。我们在行业中查询了一些专家，看看他们不得不提供的提示，可能会加快解决自己的问题。

噪音峰值最常见的原因是什么?

未终止的传输线可以产生最多两倍的驱动电压的噪声尖峰，在接收器逻辑中导致各种故障，有时甚至是驱动程序逻辑。随着现在的快速上升时间，传输线路非常短的传输线仍然需要正确终止。请记住，它不是信号的频率，但在此导致问题的上升/下降时间。

机械与皮带传动，特别是聚氨酯，使它非常容易无意中建立自己的范德格拉夫发电机高达20至40千伏。适当设计的轴承在旋转时由于油膜而绝缘。如果不小心的话，这些发电机的放电会进入大量的输入。皮带用炭黑或使用刷毛来排出运动部件可以消除这个问题。

当施加电源插入和拔出电路时，您可以在接地引脚之前进行电源引脚，并且任何接地的I / O将跳到电源导轨，而内部电容通过I / O充电。如果捕获电路破坏，则热插拔电感负载可能会导致显着的火花在电路的电动机侧。

-dalyd labriola，Quicksilver Controls Inc。总裁

驱动器中的噪声源通常是换档驱动器中的晶体管。如果您有屏蔽电机电源线，电缆内部的导体和电缆外部的屏蔽罩。当您打开高频开关时，您可以充电该电容或放电。如果留下电缆的两端断开，即使它没有连接到任何内容，您也可以测量屏蔽上的高电压。当您连接屏蔽的两端时，它会在屏蔽中进行电流。

-John Zagorski，高级产品支持工程师，博世

操作MOSFET而没有足够的栅极电阻以克服它们在公共源电路中的电感引起的负电阻导致振动UHF振荡。在切换时在过渡期间发生UHF的这些突发。突发可以是通过电路板上的大量输入电路整流的DC被检测为尖峰。如果没有快速的范围和一个好的触发器来看他们来自哪里，这些可能很有意思，因为整流的毛刺处于更低的频率。

-D.L.

未能使用良好的区域概念来减轻EMC的影响。没有系统可以是完美的，但如果遵守EMC规则的良好尝试，则结果通常是一个故障系统。

-carl owens，应用工程师，西门子Inc.

电源开关电路可能是良好的噪声源。二极管的反向恢复或快速恢复可以激发显着的更高频率分量，这可以折磨相邻电路。适当的缓冲器可以显着降低噪音，就像能够适当的电路板布局以最小化开关电路中的电感和环区域。

在电感组件下运行迹线可以将切换信号磁力耦合到控制信号。这甚至可能发生在“屏蔽”电感器中，但更多地使用非屏蔽电感器。

直流刷电机制造良好的噪音来源，每次刷子断开接触。适当的过滤将有所帮助。

输入L滤波器具有电感输入，如果未正确设计，当输入接通时，输出电压可能会导致输出电压过冲近100％过冲，导致电源故障。LC电路的阶跃响应是阻尼正弦曲线，其具有输入步骤的峰值幅度和等于输入电压的稳定值。这意味着在不阻尼的情况下，输出电压在其稳定的路上匹配。添加一些阻尼可以减少过冲。跨电感器的捕获二极管也可以相同（如果在DC电路中）。

如果来自电源的输出不具有到主电路的返回路径，则来自开关电源的初级辅助耦合可能导致噪声，例如AC或DC返回路径）。

-D.L.

对系统的接地差。这包括电缆的屏蔽。

-Bill Leang，运动工程经理，Yaskawa America Inc.

你如何检测到噪音尖峰？

在优化驱动调谐期间，您可以在驱动工程软件中看到具有跟踪缓冲功能的编码器上的过度噪声。这应该通过将编码器电缆从更高的电压布线分离并在两侧接地屏蔽编码器电缆进行整流。

-C.O.

大多数客户在尝试追踪两个问题之后，大多数客户发现他们有噪音尖峰：它们的编码器在不规则短的间隔或其系统故障中都会在不规则间隔内与驱动跳闸或不准确的速度或位置数据进行消失。

- 建筑冬季，编码器产品经理，Avtron工业自动化

通常，症状将是我无法读取编码器，在计算机上有信号可以看到，我在直流总线上获得大电压尖峰，我无法与电源，东西与电源同步。像那样。

-J.Z.

对于非常高的电压应用，无法通过/拍摄到电压电平的违反它们正在驱动的设备的规格或[可变频率驱动器]的电压电平可能超过电缆的绝缘规格。

-bill Allai，运动控制主要工程师，国家文书

我们的旧噪声抗扰度测试之一是一个漂亮的大继继电器有线，在通电时将自身变为自动。嗡嗡声在连接到交流电源线时，这是正式测试前的初始测试。

-D.L.

大多数情况下，[噪音尖峰]在系统启动期间出现。在机器上显示警报，指示异常行为。

-b.l.

你如何隔离钉子的来源？

我知道我是否看到了一个六个小故障的正弦波，这是一个SCR驱动器。从电源上看到的驱动器产生的噪音总是PWM频率的两倍。我们通常以4 kHz运行 - 如果我正在测量某个地方的噪音，我看到它是8 kHz，我可以非常确定噪音由驱动器产生。此外，在电源上，有一个10 kHz的切换器晶体管，所以如果我看到20 kHz的噪音，我怀疑它来自我们的电源。如果我看到波形谐波上的电压，我可以猜测变压器正在超载或类似的东西。我认为它需要一些人以前见过这些事情，并可以识别波形。它比科学更艺术。

-J.Z.

供应谐波测试可以告诉您这是系统外部的问题。下一步是寻找可能有故障或不正确抑制的组件。最后阶段是开始纠正设计;例如，如果使用480 Vac电机启动器运行24-V电线，请在面板中480 Vac管道外的24-V外线。成功通常是不同改进的组合。

-C.O.

通过接线系统，您通常可以在其中一个预防性步骤中找到问题 - 也许您发现电缆屏蔽在两端接地，或接线不正确使用电缆对。通常，在纠正每个接线问题后，我们将拥有客户检查系统。

合著。

一旦你检测到一穗，你如何消除/减轻它？

为了降低这种行为的大小，您通常具有添加外部元件的折衷，从而导致更高的成本，额外的劳动力，故障点和更低的系统效率。了解要添加什么样的组件以及系统在系统中放置它可能是棘手的。这类主题有很多论文给谷歌。

-b.a.

由于它通常在机柜布线中，因此需要示波器来查看电压和电流尖峰。在过去十到十五年中，我们已习惯于我们的软件工具，以优化驱动器，但对于看到噪声信号，需要良好的质量范围。

-C.O.

噪声可以影响系统的各个部分，例如现场总线通信，编码器通信，转换器通信，仪器性能等。一般来说，检查屏蔽电缆的接地（一侧地，两侧，既不侧。检查与电源线并联运行的信号线，并将其更改为垂直或分隔至少30厘米。

-b.l.

噪音峰值是非常棘手的——你可能会浪费很多时间试图捕捉它们，在窥镜上看到它们，连接条形图或电脑24小时运行，希望看到问题。然后你会浪费更多的时间去证明是什么导致了尖峰，并试图消除尖峰，这通常被证明是不可能的。对于编码器上的噪声峰值问题，最好是简单地观察系统的不良行为，并修复编码器和布线问题。它节省了大量的时间。

老实说，我们几乎与我们致力于将它们从编码器信号中取出时仍然关注尖峰的真实来源。在我们的环境中，几乎不可能要求供应商返工一个驱动器来消除EMI Spikes - 我们只需生活在环境中并教导客户如何设置编码器并接线到任何道路。

合著。

如何保护系统免受噪声尖峰？

面板中的导管应具有从较高控制电压（110或220 VAC）的低电压（24VDC）的良好分离。对于接触器线圈，如果可用，应使用抑制电路。编码器和电机电缆应在驱动器和电动机侧屏蔽和接地。结涂屏蔽应夹紧在逆变器上的屏蔽地面，与遮蔽罩接触的编织屏蔽表面。该接地的表面积是重要的 - 触点的表面积更多，等于更好的减轻频率噪声。

-C.O.

使低压提供一个面板和其他面板上的高压材料。我一直建议的是将这些大集成地面带连接到机柜背面的隔离面板。这似乎有助于很多噪音问题。我还确保电机电源线，屏蔽，通过硬表面区域连接连接。很多时候人们想要扭动屏蔽并将它们放入某种连接器或旋耳末端终端带中。您无法通过该终端带来高频的东西。您真的必须具有360°的表面区域连接，用于您要控制的任何高频电流。

-J.Z.

铁氧体芯可以作为快速修复添加到系统中的电缆。更多涉及的修复将夹紧电缆屏蔽到金属表面。

-b.l.

您必须有一个过滤器，可以减少滤波器脏侧的噪音，并将其保持从外部世界。我们依靠与过滤器的背板的良好连接，因为电线不是用于高频电流的良好导体。你必须有很大的表面积。我们使用未漆的金属背板，通过我们的过滤器和安装在背板上的驱动器，电机电源屏蔽与驱动器上的高度面积连接连接。高频电流的主途径是通过驱动到背板的情况和过滤器的情况。如果你有背板涂漆，这使得良好的表面积连接很难。

-J.Z.

首先，确保编码器电缆不密切平行电机电源/驱动电缆长距离;电机/电源线与编码器电缆保持一定距离。使用双绞线(单绞线更好)，电缆屏蔽只接地一端。确保使用差分信号(A, A/， B, B/， Z, Z/)，而不是单端信号(只使用A,B,Z)。然后，确保将差分对(例如A, A/)连接到每个双绞线上。这使得外部噪声峰值出现在两个相同的信号上，差分输入电路从A中减去A/，意味着噪声被消除和忽略。

我们使用保护系统的组合来防止噪声尖峰杀死我们的编码器。我们在电源线上使用汽车级电压稳压器，允许编码器在24V设备上容忍超过50 V的尖峰。我们在输出线上添加分流二极管，因此来自诱导电压的尖峰围绕我们的电路。

合著。

在处理噪声尖峰时，工程师最常见的错误是什么？

不考虑EMC规则，将故障视为部件故障。

-C.O.

工程师在设计机器时不会一开始就考虑噪音。他们会等到出现噪音问题时再尝试解决，这是非常困难的。在设计上的错误将是油漆背板，没有一个共同的基础，所有的背板到高频的东西。

-J.Z.

许多工程师和电工通过编码器电缆屏蔽接地混淆。当您接地电动机/驱动电源线时，它应该在两端接地，因为您正在尝试保留噪音，以在它辐射之前排出EMI，并且没有地潜在问题。但在编码器上，您只想地接地一端，因为编码器和控制柜之间的地面差异如果接地屏蔽的两端，则可以在编码器信号线之间进行噪音。我们看到在大量系统上屏蔽屏蔽的不正确接地，或者根本没有屏蔽接地。

合著。

假设伺服放大器或其电缆是噪声尖峰的来源，但实际影响系统噪声的是电缆屏蔽接地不足。

-b.l.

你曾经发现过的噪音尖峰最不寻常的原因是什么，你是怎么找到的？

一天机器停止滋扰报警几次。由于建筑电源的某处高阻抗接地故障，在接地线中流动的60 Hz电流引起。

-b.l.

在研磨机的调试期间，编码器信号上存在噪声尖峰的问题。在海豹板下看导管托盘后，我们发现在与低压PLC信号和编码器电缆相同的托盘中运行400个VAC线。承包商只有一种类型的多导体电缆（白色外观绝缘），因此电机风扇电线与24-VDC I / O接线相同。

-C.O.

我曾经在阿肯色州的一个地方，那里的正弦波被扭曲得很厉害，几乎认不出它们是正弦波。我找不到能解释我看到的频率的东西。噪音会突然毫无理由地消失，然后又回来。渐渐地，我一次关掉一件东西，测量电压——电压还在那里。原来噪音是从路边的一家钢铁厂传来的。他们有这些感应炉，每当他们打开它们时，就会在三个阶段产生噪音，导致我的机器崩溃。

另一个奇怪的是印刷机，我们一直吹掉电源，没有人能弄清楚为什么。最后，我们将其追溯到纸张被拉下来，静态建立起来。您可以在几十万伏的纸上衡量纸张上的静电电荷。

-J.Z.

大约七年前，我们有一个新的客户抱怨，他有一个起重机，每30天杀死我们的编码器。事实证明，安装人员在起重机的架空电源导轨“鞋子”上没有拧紧弹簧。当它来回移动时，我们的工程师将火花从起重机下面射击。

合著。

你如何决定它是否足够小，以忽视？

通常，我们的噪音看起来像PWM频率的两倍的能量数据包，但如果我放大那个小数小，那么它将是3或4 MHz的正弦波，幅度降低。我不知道如何指定它。我可以问我可以衡量的最大穗是什么，但是它取决于你的测量装置，因为很多次数探测器，尤其是差分探针，只转达2或3 MHz。如果你有一个非常大的尖峰，你可能无法准确测量它的高度或真正看起来的东西。

很难定义噪音是否会造成问题，因为它不一定是峰值，也不一定是8千赫而是峰值中有多少能量，这在现场很难测量。

-J.Z.

为了确保系统的可靠性，噪声峰值不应该被忽略，[但是]如果系统的其他部分没有受到不利影响，那么一个峰值可以被认为“足够小”，可以被忽略。

-b.l.

确定问题的重要性通常是进行测量的问题。诀窍可以确保您使用正确的测量设备来捕获感兴趣的信号的完整带宽，而不是由于测量的保真度而屏蔽信息。一旦掌握数据，就会“修复”的决定变得主观，因为设计师感觉系统所需的保证金的主观。

-b.a.

问题是这些高功率系统总有噪声。真的很难量化太多。你永远不会让它归零，所以我的测量是如果机器有效，那就足够了。

-J.Z.