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數(shù)控機床電源的常見故障及抗干擾措施

由于我國工業(yè)用電電網(wǎng)電壓波動較大,由此造成數(shù)控系統(tǒng)電源部分故障頻率較高,修理時應足夠地重視起來。電源是電路板的能源供應部分,電源不正常,電路板的工作必然異常。

數(shù)控機床電源

一、開關(guān)電源常見的故障

1、熔絲熔斷

如果燒斷時保險管發(fā)黑有斑點,說明線路有嚴重短路,它是由于高壓濾波電容擊穿,整流管擊穿等明顯故障原因引起。如果保險管不黑,屬慢慢熔斷,可進行靜態(tài)測量。一般是半橋中的一個開關(guān)管擊穿或不良。

2、熔絲不斷,輸出無電壓

這種情況先檢查有無300V直流電壓。如果沒有,故障發(fā)生在逆變之前;如果有300V高壓而無輸出,這時可用示波器檢查開關(guān)管集電極有無20kHz波形。如果開關(guān)管被擊穿或沒有振起。高頻變壓器開路均可造成逆變停止。另外,逆變電器正常但被后級的過流或過壓電路動作而保護,使輸出無電壓。如果12V檔主輸出電源輸出空載,就會引起過保護而使輸出無電壓。

3、電源輸出電壓不準

一般情況下,數(shù)控系統(tǒng)各檔穩(wěn)壓直流電壓的允許電壓范圍為額定值的±5%之內(nèi),如果超此范圍,可調(diào)整電壓調(diào)節(jié)電位器。將主輸出電壓檔調(diào)至標準值。如果不能調(diào)至標準值,可能是電位器壞了或穩(wěn)壓管壞了。如果只有某一檔電壓偏離較大,則很可能是該檔整流二極管損壞,要盡可能調(diào)換同型號的二極管。有時開關(guān)電源的負載能力差,也會使輸出電壓降低過大,這可能因參數(shù)變化使電路工作點偏離線性區(qū)域,如放大環(huán)節(jié)增益降低,檢測電路處于非線性狀態(tài)等。

4、開關(guān)電源發(fā)出重復地特殊響聲

這通常是工作頻率過低所造成,可用示波器檢測脈沖寬度調(diào)制器,正常工作時將近20kHz左右。如定時回路電容器容量變大,也會引起振蕩頻率過低,使電源產(chǎn)生特殊的重復的響聲。使開關(guān)電源不能正常工作。更換合適的電容即可恢復其正常工作。

二、數(shù)控機床抗干擾途徑

1、采用抗干擾的優(yōu)質(zhì)電源

經(jīng)驗表明由電源引入的干擾是系統(tǒng)干擾的主要來源,抗干擾性能好的優(yōu)質(zhì)電源是提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。

2、阻斷噪聲干擾傳遞路徑

數(shù)控系統(tǒng)使用現(xiàn)場的電磁環(huán)境一般較為惡劣,特別是附近大型電氣設備起動及停止時會在公用交流電網(wǎng)和控制回路上產(chǎn)生高頻瞬變噪聲。這些噪聲會通過數(shù)控系統(tǒng)的輸入電源竄入系統(tǒng)內(nèi)部,因此必須采取濾波、隔離、屏蔽和保護等措施將噪聲阻斷在系統(tǒng)外部。

(1)使用電源濾波器抑制輸入電源噪聲

電源濾波器是抑制電源干擾的有力措施,目前市場上有各種型號規(guī)格的濾波器可供選擇。從抗干擾的角度出發(fā),應驗證其插入衰減量是否達到要求。另外,濾波器對噪聲的實際抑制效果還取決于使用方法,應注意以下三點:

a、濾波器要盡量靠近電源輸入插座安裝,進線和出線使用雙絞線并靠近地電位布線,二者一定要分開走線,不能平行走線,更不能捆扎在一起。

b、濾波器的接地電阻應越小越好,最好直接安裝在系統(tǒng)機殼上離系統(tǒng)接地端子最近的位置,這樣能更好的抑制高頻共模噪聲。

c、數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的伺服電動機驅(qū)動器、外圍接口電路和計算機電路的電源可分別用3個濾波器供電,這樣不僅能抑制外部電源干擾,還能抑制各部分之間的相互干擾。

(2)采用變比為1∶1的隔離變壓器進行隔離

隔離變壓器是在它的初級繞組和次級繞組之間加了一層屏蔽層,并將它和鐵芯一起接地,防止干擾信號通過初次級之間的電路進人直流供電系統(tǒng)。它能有效地抑制由電網(wǎng)侵入的瞬態(tài)強脈沖干擾,使得直流或低頻干擾信號不容易通過傳導的方式形成感應噪聲。

3)將電源裝在金屬屏蔽盒內(nèi),并與系統(tǒng)內(nèi)其它部分盡量隔開安裝,可減少噪聲在系統(tǒng)內(nèi)部的輻射干擾。

4)建立掉電保護功能

工業(yè)電網(wǎng)的供電不穩(wěn)定或者系統(tǒng)電源的偶然故障,突然掉電的事故是難免的。這就要求系統(tǒng)在發(fā)生掉電時保護好現(xiàn)場的數(shù)據(jù),待電壓恢復正常時,便可從掉電處繼續(xù)執(zhí)行程序。系統(tǒng)的掉電保護方案可用帶掉電保護的RAM(如FLASH)或可讀寫EEPROM等來保存系統(tǒng)掉電時的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及標志字。

3、抑制電源工作產(chǎn)生的噪音

(1)抑制直流穩(wěn)壓電源噪聲

一部分數(shù)控系統(tǒng)的電源(+5V)是由三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的。電路中有TTL器件時,其開關(guān)動作時間為5~10ns,在瞬變電流和公共阻抗的作用下,直流電源線上產(chǎn)生開關(guān)噪聲。使電路的噪聲容限降低,導致邏輯電路和微處理器誤動作。減小開關(guān)噪聲的有效方法是在每個集成電路的電源端與接地端之間接入一個0.01~0.1μF的限噪鉭電容或高頻無感濾波電容,在設計電路板時應將此電容安裝在該集成電路的電源輸入側(cè)并盡量縮短電容的配線。

(2)抑制開關(guān)電源的噪聲

目前,開關(guān)電源在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛使用。但是開關(guān)電源的噪聲大、噪聲頻譜寬及高頻輻射干擾嚴重。這些固有的缺點不能從根本上予以消除,只能使用隔離、濾波和屏蔽等措施來阻斷噪聲的傳輸。具體方法如下:

a.減小開關(guān)級晶體管與電源屏蔽殼之間的耦合電容,以減少噪聲的產(chǎn)生;

b.用電感線圈將開關(guān)電源機殼與數(shù)控系統(tǒng)外殼相連,以減小共模噪聲;

c.在交流電源輸入端接入線路濾波器,不但能抑制共模噪聲和串模噪聲的產(chǎn)生,并且對外部電源噪聲也同樣有效。

d.開關(guān)電源有多個負載時,應采取將各負載電路在電源處就分開的布線方法,而不采用在離開開關(guān)電源一段距離后再接負載的方法。按后者布線時,分布電容使各負載的線路不平衡,導致形成較大的串模噪聲。另外,電源外殼與負載電路一點接地并且接地阻抗要盡可能小。開關(guān)電源到各個負載電路采用雙絞線相連;

e.開關(guān)電源需要同時給大功率負載與小信號負載供電,盡管它們的電壓一致,也要分別用兩組獨立的開關(guān)電源來供電,這兩組電源的地線要有公共連接點,這樣不會形成公共阻抗,防止兩路負載之間相互影響。

4、合理接地與布線

系統(tǒng)中直流電源的工作地應與系統(tǒng)中繼電器、電磁閥及其驅(qū)動電源所構(gòu)成的功率地分開,兩者不可混接。另外、接地電纜應足夠粗,并且電阻要小。布電源線時,應使強電和弱電分開,輸入線與輸出線分開。要根據(jù)電流的大小,盡量加粗導線的寬度,使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛞恢?。采取以上方法對?shù)控系統(tǒng)電源部分進行改進設計,有效地消除了干擾的影響,增加了整個數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。

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