数控机床的抗干扰

时间：2024-10-17 百科知识版权反馈

【摘要】：如果数控系统受到电磁波的干扰，数控机床便不能正常工作。数控机床电气控制信号如果在传递的过程中受到外界干扰，会产生差模干扰和共模干扰。交流接触器和交流电动机频繁启停时，其电磁感应现象会在机床的电路中产生浪涌或尖峰等噪声，干扰数控系统和伺服系统的正常工作。数控机床安装中的“接地”有严格要求，如果数控装置、电气柜等设备不能按照使用手册要求接地，一些干扰会通过“接地”对机床起作用。

3.4　数控机床的抗干扰

干扰是影响数控机床正常运行的一个重要因素，常见的干扰有电磁干扰、供电线路干扰和信号传输干扰。

1．电磁干扰

电火花、高频电源等设备会产生强烈的电磁波，这种高频辐射能量通过空间传播并干扰附近的设备。如果数控系统受到电磁波的干扰，数控机床便不能正常工作。

2．供电线路干扰

数控系统对输入电压的允许范围有要求，不管过电压或欠电压，都会引起电源电压监控报警而停机。如果线路受到干扰，会产生谐波失真和频率与相位漂移。供电线路的另一种干扰是由大电感负载所引起的，大电感在断电时要把存储的能量释放出来，在电网中形成高峰尖脉冲，它的产生是随机的。电感负载产生的干扰脉冲频域宽，特别是高频窄脉冲，峰值高，能量大，干扰严重。这类干扰脉冲变化迅速，可能不会引起电源监控的报警。如果干扰脉冲通过供电线路窜入数控系统，会引起的错误信息，将导致CPU停止运行，系统数据丢失。

3．信号传输干扰

数控机床电气控制信号如果在传递的过程中受到外界干扰，会产生差模干扰和共模干扰。如图3-8所示为差模干扰的等效电路及电压波形。差模干扰的表现形式有：

（1）通过泄露电阻产生干扰

最常见的因素是元件支架、检测元件、接线柱、印刷线路及电容绝缘不良，使噪声源得以通过这些漏电阻作用于有关元器件而造成干扰。

（2）通过共阻抗耦合产生干扰

常见的是通过接地线阻抗的共阻耦合干扰。

（3）经电源配电回路引入的干扰

主要指供电回路引入的干扰，前面已叙述过。

干扰电压对双输入信号线的干扰大小相等、相位相同时称为共模干扰，如图3-9所示是共模干扰等效回路。一般讲数控系统的共模抑制比较高，这UN1对数控系统的影响不大。但是，数控系统的电路中有些双输入端出现不平衡时，共模电压的一部分将转换为差模干扰电压。

1—有用信号源；2—差模干扰源；3—测量装置

图3-8　差模干扰等效电路

1—有用信号源；2—共模干扰源；3—测量装置

图3-9　共模干扰等效电路

4．抗干扰的措施

（1）减少供电线路干扰

数控机床要远离中频、高频电气设备，采用独立的动力线供电，避免和启动频繁的大功率设备、电火花设备等使用同一条供电干线。在电网电压变化较大的地区，数控机床要使用稳压器。动力线和信号线要分离，信号线采用双绞线，以减少电磁场耦合的干扰。变频器中的控制线路接线要远离电源线至少100mm以上，两者不可以放在同一导线槽内，控制线路配线和主电路配线相交时要成直角，控制电路的配线应采用屏蔽双绞线，如图3-10所示。

图3-10　变频器控制电路与主电路的配线

（2）减少机床电气控制中的干扰

①压敏电阻保护

压敏电阻又称浪涌吸收器，是一种非线性过电压保护元件，对干扰线路的瞬变、尖峰等噪声起一定的抑制作用。压敏电阻漏电流很小，放电能力大，可通过数千安培电流，且能重复使用。如图3-11所示为数控机床伺服驱动装置的电源引入压敏电阻的保护电路。

交流接触器和交流电动机频繁启停时，其电磁感应现象会在机床的电路中产生浪涌或尖峰等噪声，干扰数控系统和伺服系统的正常工作。在这些电路上加上阻容吸收回路，会改变电感元件的线路阻抗，使交流接触器线圈两端和交流电动机各相的电压在启停时平稳，抑制电器产生的干扰噪声，如图3-12所示。交流接触器的阻容吸收回路，其电阻一般为220Ω，电容一般为0.2µF/380V；交流电动机各相之间的阻容吸收回路，电阻一般为300Ω，电容一般为0.47µF/380V。

需要注意：变频器输出端与电动机之间的连线中不可加入阻容吸收回路，否则会损坏变频器。

图3-11　压敏电阻保护

图3-12　交流负载的阻容保护

有些交流接触器配备有标准阻容吸收器件，如TE公司的系列接触器的LA4线圈抑制模块，可直接插入接触器规定的部位，如图3-13（a）所示。如图3-13（b）所示是用于三相负载阻容吸收的三相灭弧器。

图3-13　阻容保护器件

②续流二极管保护

如图3-14所示是数控机床电气控制中的直流电器、直流电磁阀续流二极管保护的电路。直流电感元件在断电时线圈中将产生较大的感应电动势，在电感元件两端并联一个续流二极管，释放线圈断电时产生的感应电动势可减少线圈感应电动势对控制电路的干扰噪声。

（3）屏蔽技术

利用金属材料制成容器，将需要防护的电路或线路包在其中，可以防止电场和磁场的耦合干扰，此方法称为屏蔽。屏蔽可以分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频屏蔽等几种。通常使用的铜质网状屏蔽电缆能起到电磁屏蔽和静电屏蔽的作用，将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内，达到电磁屏蔽和低频屏蔽的目的；仪器的铁皮外壳接地能同时起到静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。