基于屏蔽技術(shù)的華中數(shù)控系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)

　　為了保證數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床能正常工作，特別是在我國電網(wǎng)質(zhì)量波動(dòng)比較大的情況下，數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)更為重要。電磁兼容性(EMC)是指：數(shù)控系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常運(yùn)行且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。現(xiàn)就結(jié)合華中數(shù)控系統(tǒng)，來談一下數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)。

　　1 數(shù)控系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計(jì)要求

　　為了保證數(shù)控系統(tǒng)在電磁環(huán)境較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，長時(shí)間、連續(xù)性正常使用，系統(tǒng)必須達(dá)到JB/T 8832-2001“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。

　　1.1 靜電放電抗擾度試驗(yàn)

　　數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按照GB/T 17626.2 的規(guī)定，對操作人員經(jīng)常觸及的所有部位與保護(hù)接地端子(PE)間進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)，接觸放電電壓為6kV，空氣放電電壓為8kV，試驗(yàn)中數(shù)控系統(tǒng)能正常運(yùn)行。

　　1.2 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)

　　數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按照GB/T 1762* 的規(guī)定，分別在交流供電電源端和保護(hù)接地端(PE)之間加入峰值2kV、重復(fù)頻率 5kHz 脈沖群，時(shí)間1min;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)能正常運(yùn)行。

　　1.3 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)

　　數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按照GB/T 17626.5 的規(guī)定，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 的浪涌(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)能正常運(yùn)行。

　　1.4 電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度試驗(yàn)

　　數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按照GB/T 17626.11 的規(guī)定，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;按照GB/T 5226.1—1996 中4.3 的規(guī)定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)能正常運(yùn)行。

　　2 數(shù)控系統(tǒng)電磁EMC設(shè)計(jì)中屏蔽技術(shù)

　　在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，既有高電壓、大電流的強(qiáng)電設(shè)備，又有低電壓、小電流的控制與信號(hào)處理設(shè)備和傳感器等弱電設(shè)備。強(qiáng)電設(shè)備工作過程中產(chǎn)生的強(qiáng)烈電磁干擾對弱電設(shè)備的正常工作構(gòu)成極大的威脅。除此之外，生產(chǎn)現(xiàn)場的電磁環(huán)境較惡劣，系統(tǒng)外各種動(dòng)力負(fù)載、供電系統(tǒng)、大氣中騷擾等都會(huì)對控制弱電設(shè)備造成干擾，使其不能正常工作，從而造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。為了保證數(shù)控系統(tǒng)能正常工作，屏蔽技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計(jì)中通常采用的三種技術(shù)措施之一。

　　屏蔽技術(shù)用來抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。通常用金屬材料或磁性材料把所需屏蔽的區(qū)域包圍起來，使屏蔽體內(nèi)外的“場”相互隔離。屏蔽按其機(jī)理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

　　2.1 電場屏蔽

　　當(dāng)噪聲源是高電壓、小電流時(shí)，其輻射場主要表現(xiàn)為電場，電場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設(shè)備之間由于存在電場耦合而產(chǎn)生的干擾。

　　2.1.1 電場屏蔽的機(jī)理

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　　2.1.2 電場屏蔽設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　電場屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：一、系統(tǒng)中的強(qiáng)電設(shè)備(伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、開關(guān)電源、電機(jī))金屬外殼可靠接地，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)屏蔽;二、敏感設(shè)備(如數(shù)控裝置等)外殼應(yīng)可靠接地，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)屏蔽;三、強(qiáng)電設(shè)備與敏感設(shè)備之間距離盡可能遠(yuǎn)，一般在電柜內(nèi)，強(qiáng)、弱電設(shè)備盡量保持30cm以上的距離，最小距離為10cm;四、高電壓、大電流動(dòng)力線與信號(hào)線應(yīng)分開走線，例如各自使用各自獨(dú)立的線槽等，距離盡可能保持在30cm以上，最小距離為 5～7.5cm，同時(shí)盡量避免平行走線，不能將強(qiáng)電線與信號(hào)線捆扎在一起;五、信號(hào)線應(yīng)盡量靠近地線(或接地平板)或者用地線包圍它; 六、屏蔽電纜既能對電場起到被動(dòng)屏蔽作用，也能起到主動(dòng)屏蔽作用，條件是屏蔽層接地。

　　2.2 磁場屏蔽

　　當(dāng)噪聲源具有低電壓和大電流性能時(shí)，其輻射場主要表現(xiàn)為磁場，磁場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設(shè)備之間由于磁場耦合所產(chǎn)生的干擾。