數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)(2)(已修改)
2025-01-20 14:39 本頁(yè)面
【正文】 第 7章 數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì) 對(duì)數(shù)控機(jī)床的要求，穩(wěn)定性、可靠性是首要的條件，而數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性則是保證數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要條件。數(shù)控系統(tǒng)一般在電磁環(huán)境較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，為了保證系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)電磁騷擾應(yīng)有足夠的抗干擾度要求。 2 本章首先介紹數(shù)控系統(tǒng)電磁兼容性要求與抗干擾措施；接著介紹屏蔽技術(shù)，使用屏蔽技術(shù)切斷輻射電磁噪聲傳輸途徑，使系統(tǒng)避免電磁噪聲干擾；最后介紹濾波技術(shù)，以抑制導(dǎo)線傳輸?shù)膫鲗?dǎo)干擾。設(shè)計(jì)指南則以實(shí)例說(shuō)明電磁兼容設(shè)計(jì)，以供讀者參考。 3 電磁兼容性概述 電磁兼容性（ EMC）是指：電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁騷擾不應(yīng)超過(guò)其預(yù)期使用場(chǎng)合允許的水平；設(shè)備對(duì)電磁騷擾應(yīng)有足夠的抗擾度水平，以保證電氣設(shè)備在預(yù)期使用環(huán)境中可以正確運(yùn)行。 電磁兼容的主要內(nèi)容是圍繞造成干擾的三要素進(jìn)行的，即電磁騷擾源、傳輸途徑和敏感設(shè)備。 4 數(shù)控系統(tǒng)電磁兼容性要求 數(shù)控系統(tǒng)一般在電磁環(huán)境較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，為了保證系統(tǒng)在此環(huán)境中能夠正常工作，系統(tǒng)必須達(dá)到 JB/T 8832—2022“機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件”中的電磁兼容性要求。 5 1. 電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在交流輸入電源任意時(shí)間電壓幅值降為額定值的 70%，持續(xù)時(shí)間 500ms，相繼降落間隔時(shí)間為10s；在交流輸入電源任意時(shí)間電壓短時(shí)中斷 3ms，相繼中斷間隔時(shí)間為 10s。電壓暫降和短時(shí)中斷各進(jìn)行 3次，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能正常工作。 6 ２ . 浪涌（沖擊）抗擾度 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，分別在交流輸入電源相線之間疊加峰值為 1KV的浪涌（沖擊）電壓；在交流輸入電源相線與保護(hù)接地端（ PE）間疊加峰值為 2KV浪涌（沖擊）電壓。浪涌（沖擊）重復(fù)率為 1次 /min，極性為正 /負(fù)極。試驗(yàn)時(shí)正 /負(fù)各進(jìn)行 5次，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能正常工作。 7 ３ . 電快速瞬變脈沖群抗擾度 1) 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，分別在交流供電電源端和保護(hù)地端（ PE）之間，加入峰值2KV、重復(fù)頻率 5KHz脈沖群，時(shí)間 1min。試驗(yàn)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)能正常工作。 2) 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在 I/O信號(hào)、數(shù)據(jù)和控制端口電纜上用耦合夾加入峰值 1KV，重復(fù)頻率 5KHz脈沖群，時(shí)間 1min。試驗(yàn)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)能正常工作。 8 4. 靜電放電抗擾度 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)操作人員經(jīng)常觸及的所有部位和保護(hù)地端（ PE）之間進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)，接觸放電電壓 6KV，空氣放電電壓 8KV，試驗(yàn)中數(shù)控系統(tǒng)能正常運(yùn)行。 9 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)抗干擾措施 ? 圖 71 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)組成 機(jī)械本體 執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)） 傳感器 （開(kāi)關(guān)） 數(shù) 控 裝 置 驅(qū)動(dòng)部件 （電力、電子器件 大信號(hào) 小信號(hào) 小信號(hào) 10 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)組成如圖 71所示，系統(tǒng)中既包含高電壓、大電流的強(qiáng)電設(shè)備，又包含低電壓、小電流的控制與信號(hào)處理設(shè)備和傳感器，即弱電設(shè)備。強(qiáng)電設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)烈電磁騷擾對(duì)弱電設(shè)備的正常工作構(gòu)成極大的威脅。此外，系統(tǒng)所在的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境較惡劣，系統(tǒng)外各種動(dòng)力負(fù)載的騷擾、供電系統(tǒng)的騷擾、大氣中的騷擾等都會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重影響，由于弱電設(shè)備是控制強(qiáng)電設(shè)備的，所以，一旦弱電設(shè)備受到干擾， 最終將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。 11 抑制騷擾的發(fā)射，切斷騷擾的傳輸途徑，提高敏感設(shè)備的抗干擾能力是系統(tǒng)達(dá)到電磁兼容的主要手段，最常采用的是屏蔽、濾波、接地三大技術(shù)。 12 接地技術(shù) 接地的含義是提供一個(gè)等電位點(diǎn)或電位面 ,為了防止共地線阻抗干擾 ,在每個(gè)設(shè)備中可能有多種接地線，但概括起來(lái)可以分為三類(lèi)，即保護(hù)地線（安全接地）、工作地線（工作接地）、屏蔽地線（屏蔽接地）。 13 安全接地 為了保護(hù)人身和設(shè)備的安全，免遭雷擊、漏電、靜電等危害，設(shè)備的機(jī)殼、底盤(pán)所接地線稱(chēng)保護(hù)地線，應(yīng)與真正大地連接。保護(hù)地線的基本要求參見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“ ” 有關(guān)章節(jié)的內(nèi)容。 14 安全接地型式 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)電源采用 “ TT” 或“ TNS” 接地型式，不允許采用 “ TNC”接地型式，如圖 7圖 7圖 74所示。 18 ? 注 1：電氣控制柜中最好不要引入中線，如果使用中線，必須在安裝圖、電路圖及接線端子上予以明確的 N標(biāo)識(shí)； ? 注 2：在電氣控制柜內(nèi)部不允許中線與地線聯(lián)接，也不允許共用一個(gè)端子 PEN（ PE與 N短接的端子稱(chēng) PEN端子）。 19 2. 接地極的制作方法及接地電阻。 習(xí)慣上人們常把地下的金屬管道作為接地地極，特別是自來(lái)水管，由于它們和土壤之間有大面積的接觸，這種方法的接地電阻一般小于 3Ω。但要指出的是用水管做接地電極的安全性。例如：在對(duì)建筑物進(jìn)行維修或?qū)λ芟到y(tǒng)進(jìn)行改裝時(shí)，通入管道的故障電流或雜散電流就可能對(duì)工作人員造成傷害。此外，還要注意水管金屬間的連續(xù)性，任何非導(dǎo)體的聯(lián)接件都可以使水管的接地有效性受到妨礙。 20 正規(guī)的做法是借助埋入地下的金屬棒、金屬板來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)大地的電氣接觸，簡(jiǎn)易做法有以下二種。 方法一：采用直徑為 、 ,長(zhǎng)度為 (選擇地勢(shì)低、較潮濕的地方 )將棒打入或埋入地下，由一根接地棒組成的單一電極，它的對(duì)地電阻往往大于 20Ω，一般采用多個(gè)金屬棒并聯(lián)構(gòu)成接地電阻小于 4Ω的接地極，如圖 75所示。 21 （ a） 將金屬棒直接打入或埋入地下 （ b）挖抗并將金屬棒打入或埋入地下 圖 75 金屬棒埋入地下作接地極 埋入金屬棒后應(yīng)填實(shí) 接地極 ≥ 3m 接地極 ≥ ~2m≥ 22 方法二：采用厚度 ≥5mm，面積 ≥(銅板為佳 )埋入地底，如圖 76所示。 圖 76 金屬板埋入地下作接地極 23 3. 保護(hù)接地設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1) 電氣設(shè)備都應(yīng)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的保護(hù)導(dǎo)線接線端子（保護(hù)接地端子），并且采用 符號(hào)標(biāo)記 ，也可用黃綠雙色標(biāo)記。不允許用螺絲在外殼、底盤(pán)等代替保護(hù)接地端子。 保護(hù)接地端子與電氣設(shè)備的機(jī)殼、底盤(pán)等應(yīng)實(shí)現(xiàn)良好的搭接，設(shè)備的機(jī)殼（機(jī)箱）、底盤(pán)等應(yīng)保持電氣上連續(xù)，保護(hù)接地電路的連續(xù)性應(yīng)符合 要求。 24 2) 數(shù)控系統(tǒng)控制柜內(nèi)應(yīng)安裝有接地排（可采用厚度 ≥3mm銅板），接地排接入大地，接地電阻應(yīng)小于 4Ω。 3) 系統(tǒng)內(nèi)各電氣設(shè)備的保護(hù)接地端子用盡量粗和短的黃綠雙色線連接到接地排上 ，如圖 77所示 。 25 26 4) 保護(hù)接地線不要構(gòu)成環(huán)路，如圖 78所示。 27 28 5) 設(shè)備金屬外殼（或機(jī)箱）良好接地（大地），是抑制靜電放電干擾的最主要措施。一旦發(fā)生靜電放電，放電電流可以由機(jī)箱外層流入大地，不會(huì)影響內(nèi)部電路。 6) 設(shè)備外殼接大地，起到屏蔽作用，減少與其他設(shè)備的相互電磁干擾。 29 工作接地 1. 工作接地方式 為了保證設(shè)備的正常工作，如直流電源常需要有一極接地，作為參考零電位，其它極與之比較，例如 177。 15V、 177。 5V、 177。 24V等。信號(hào)傳
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