闲聊EMC（三）--接地与等电位连接

承接上一期有关于变频器作为EMI时解决共模干扰的问题。这期我们来讨论下系统的“地”。

严格来讲，系统接地(grounding)，仅相关于安全，防止电击。而非电磁兼容考虑。

系统接地主要包括如下几点：  

 减小电位差（包括雷击电流产生的电位差）

考虑供电系统中所检测到的自动切除的条件

定义故障电流路径（短路电流）

降低分布电容

需要注意的是：

电流总是在闭合回路中流动。因此电流不是在大地(ground)中消失，而是流回源端。所以，接地(grounding)很难抑制EMC问题的发生，反而会使问题更加严重！

所以，术语“接地”(grounding)只是相关于人、设备或者安装的安全相关。

另一个重要的术语“参考电位”(reference potential):信号地/电位参考信号地。尤其是系统参考点，模块的许多内部和外部电路都与之相连，很多干扰信号和有用信号都会流经它。因此，选择参考点需要十分慎重。选择参考点的几条原则：

尽可能减小干扰信号在电路最小范围内产生影响。无论干扰信号以何种形式出现，都不能影响整个系统

设计低阻抗公共路径

将主回路设备（大功率负载）回路（包括滤波器漏电流回路）与低功率回路隔离，消除公共路径

 通常将系统参考点连接到金属外壳是比较理想的选择等

由于不同应用决定了设备与系统的极大不同，从而并无统一的参考点。需要根据已有系统做合适设计与选择。最终的目的是确定干扰电流如何流动及其路径。

在西门子驱动系统中，所有的参考电位都与设备机壳相连接。一般来讲，驱动系统的参考电位选择为工厂大地。各类负载中的干扰电流通过工厂大地形成各自的电流回路，这样干扰耦合路径中由于公共的参考电位回路（在下一期中详细介绍EMC问题中的干扰耦合路径问题），造成不同的信号回路（噪声与信号，信号与信号等）相互影响，产生了EMC问题。

脉宽调制的变频器电路中由于其工作原理，产生了共模电压，在参考电位上将产生共模电流，由于变频器作为干扰源，所以必然需要一个路径使共模干扰电流流回至变频器（源端）。显然，为避免对控制信号等产生所谓的EMC问题，这个干扰电流路径不能影响到信号回路及其参考电位。

有效的方法就是，导引共模干扰电流以最低阻抗路径回流至源（变频器）。等参考电位连接将提供诸如此类的有效干扰路径回路。

变频器柜，驱动系统以及工厂的等电位连接

变频器柜内的等电位连接通过安装板（背板），将所有变频器机壳及其辅助组件（比如装置型变频器，线路滤波器，控制单元，端子模块，传感器模块等）连接起来。同时，安装板（背板）必须通过优良电导率和最大截面连接到柜内PE或EMC母排上。对于水冷系统，循环冷中所有的金属管道及金属组件必须通过优良电导率和最大截面连接到柜内PE或EMC母排上。

柜机内设备间的等电位连接到PE母排上，对于大功率输出的SINAMICS 柜机，PE母排贯通全部柜体。另外，每个柜体内设备的框架必须通过特制接触垫片以高电导率多点螺栓紧固。若长列的柜体分为两组背靠背连接，柜体组的两个PE母排必须连接在一起。

工厂与驱动系统内的等电位连接通过将所有电气和机械驱动组件（变压器，变频器柜，电机，齿轮箱，驱动机械，水冷系统中的管道和循环冷却单元等）连接到接地系统中来实现。此类连接通过标准的高功率PE电缆实现，而此类PE电缆无需特殊高频特性。另外，考虑到高频干扰因素考虑，逆变器（高频干扰源）和驱动系统中的所有其他组件（电机，齿轮箱，驱动机械等）必须互连，采用的电缆必须具有高频特性。

SINAMICS柜机典型接地与等电位连接安装举例

黑色 [0]表明的接地连接为驱动组件中的传统接地系统。采用了标准高功率PE导体，不具备高频特性，仅保证低频等电位连接，以及防护接地。

在SINAMICS 柜[1]中红色连接提供了在内置的装置型组件的金属机壳与柜内PE母排和EMC母排间针对高频电流干扰的紧固连接。这些内部连接采用柜内非绝缘金属组件以最大面积实现。在样例中，接触面必须是裸露金属，每接触面不小于若干cm2。替代方案就是采用短的精编双绞铜质以最大截面（>=95mm2）进行连接。

电机电缆的屏蔽，图中以橘色[2]标注，提供了电机模块与电机端子盒之间的高频等电位连接。对于以往系统采用非屏蔽电缆，或者较差的高频特性的屏蔽电缆，亦或较差的接地的情况，非常有必要采用如红色所示的精编双绞铜质电缆并行且尽可能靠近电机电缆安装。

红色[3]，[4]与[5]所表明的连接提供了电机端子盒与电机机壳，齿轮箱/驱动机械与电机机壳之间的传导性高频连接方式。当然，电机的端子盒和机壳之间采用了传导性高频连接亦或电机，齿轮箱以及驱动设备相邻很近，并且通过裸露金属结构，比如金属机械台，以最大面积进行传导连接，就没有必要采用此类连接方式。

红色点划线[6]的连接提供了一类在柜体框架与基础接地之间，采用精编双绞铜质电缆的最大截面（>=95mm2）的传导高频连接方式。

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