正弦波与共模滤波器
伺服驱动器采用脉宽调制(PWM)技术生成输出电压,通过在直流母线高低电位间快速切换实现。本示例对比700V直流母线、PWM频率为100kHz时,2电平与3电平PWM的输出效果。目标波形对应典型主轴电机参数(230μH电感,150,000转速下承载5A负载)。3电平PWM通过引入中间电位降低开关幅度,但两种方法均在PWM频率处产生尖锐跃变。
相位电压在驱动器输出端与接地端之间测量。在实际操作中,该电压通常分解为两个分量进行分析:
- 差模电压(DM) – 电机绕组两端的有效工作电压
- 共模电压(CM) – 所有相电压的平均值,该分量不参与转矩生成

差模电压决定电机电流与转矩输出。而共模电压作为PWM开关过程的副产品,通常在直流母线电压范围内以PWM频率自身进行振荡。
电机电气系统对电流呈现低通滤波特性,因此差模PWM开关会产生相对平滑的电流与转矩。共模电压对隔离式电机无直接影响。
差模问题
虽然电机对差模电压具有滤波作用,但仍会存在电流纹波。这种电流纹波会导致电机绕组额外应力与发热,并引发转子热管理问题。
共模问题
当加工接地导电工件时,电机与大地之间会形成容性通路。这将产生位移电流,导致:
- 电机轴承或刀具接触点产生电弧放电,对电机和工件造成损伤
- 电化学腐蚀现象,逐步磨损机械部件与刀具
此外,共模电压是电磁干扰的主要来源(尤其在音圈电机和开放式电机中),会导致系统不稳定及无法满足EMC要求。
Triamec滤波器工作原理
riamec电机侧滤波器采用两级处理方案:
- 正弦波滤波器 – 抑制差模电压的高频频谱分量
- 共模滤波器 – 衰减共模电压
T系列 滤波器将这两级滤波集成于单一产品。正弦滤波级可消除差模问题,但滤波器电感必须与电机电气特性匹配,否则电流回路可能发生谐振,导致电流控制器带宽显著降低。T系列滤波器专为主轴等低电感电机设计。
对于其他电机类型, C系列 滤波器通过最小化正弦滤波级,在确保共模抑制的同时不限制电流控制器带宽,提供有效的共模滤波解决方案。
集成应用建议
- 加工金属工件或处于EMC敏感应用环境时(特别当使用音圈电机或开放式电机时),建议采用电机侧滤波器
- 确保驱动器PWM频率符合滤波器规格要求(通常≥50 kHz)
- 使用短电机电缆将滤波器尽可能靠近驱动器安装
- 在调试与试运行阶段对比系统在有/无滤波器条件下的运行特性
- 使用示波器实时监测运行状态下的差模与共模电压