探讨动力电网的干扰对数控机床的影响.doc

1、探讨动力电网的干扰对数控机床的影响摘要：电网的质量及其干扰问题对数控机床的正常使用有着直接的影响。本文就是通过电网干扰的分析，从而提出几种抗干扰的措施。 关键词：动力电网；干扰；数控机床 中图分类号：C37 文献标识码：A 1、我国数控机床的发展现状 目前，我国既是最大的机床消费国，并且也是最大的机床生产国，全球每消费十台数控机床，便大约有五台机床是我国消费的。从总体上来看，与传统先进国家相比，我国在数控机床领域仍然存在着较大的欠缺。 1.1 增长速度 2006 年至 2009 年期间，我国数控机床的销售有 34的增长率，根据机床工具工业协会的预测可知，我国机床产业销售收入在“十二五”期间为

2、10的增长率，在 2015 年其销售收入会高达 7000 亿元，在 2020年会高达 10000 亿元； 1.2、经济效益 于 2010 年，根据行业累计完成情况，我国数控机床的工业总产值较2009 年同比增长 40.6，而产品销售产值较 2009 年同比增长 41.4，并且工业产品的销售率也上升至 98.2。其中，数控机床的产量有着明显的提高，同比增长分别为 66.7和 33.1。机床工具产品再创新高，有着 62的同比增长百分率。近年来，金属加工机床的销售产值与日俱增，大约有着 70的国产机床市场占有率。 2、常见的几种电网干扰对数控机床的影响 电网干扰主要有以下 3 种；谐波干扰、电网电压

3、波动干扰、大电感引起的干扰。 2.1、谐波干扰及地线 随着电力电子器件在各行各业的广泛运用，非线性负荷数量与日俱增，这些非线性负荷产生的谐波电流会危害其周边设备的正常运行。在生产过程中由于电火花、电炉、高电源、中频电源、软启动控制器、变频器等非线性负荷的使用，在电网中造成系统电压严重畸变，产生严重的不良后果。谐波的产生，使用电设备效率降低，威胁电气设备的正常运行，导致继电保护和自动装置误动作，干扰通讯系统，烧毁电器元件及设备。因此，滤除谐波干扰，会使数控机床的安全可靠性和使用效率得到提高。数控机床一般都要求有严格的接地要求，地线设计是数控机床抗干扰中的一个十分重要的因素。地线在实际工作中往往被

4、忽视，直到数控机床调试和使用时，才认识到它的重要性。地线的布置和安装工艺的好坏，都会影响电源电平的波动。地线又与所有元器件都有通道联系，干扰进入地线后，就会传递到所有元器件上。因此地线安装及布置的好坏，直接影响系统抗干扰的能力。 2.2、电网电压波动干扰 无论是进口的还是国产的数控系统，都要求有具体的输入电压允许范围。使用 24V 直流供电的系统电源板，要求输入动力电压范围为38015%，即 323437V。超压或欠压范围都会引起系统电源板中电压监控报警，从而停止工作电压输出。如我单位生产一台数控立式铣钻床BVDM400X8/20L-NC，采用西门子 840DSL 系统，X、U、Z、W、C 五

5、轴三联动，全闭环控制。开始时，这台数控立式铣钻床不知为什么会自动停下来，显示电压低，万用表测量进线电压正常，也没有发现问题，认为可能是铣钻床电控部分导线虚接，就紧了紧接线端子的螺丝，送电后设备运行正常，后来又出现几次自动停车现象，通过观察发现，只要车间的大型设备启动，它就会停车，用动力检测仪检测发现电压波动太大。经过与西门子厂家交流沟通，厂家提出加一台隔离稳压变压器，在加了一台隔离稳压变压器后，这种故障现象就再也没有发生过。由于电压表测量的仅是电压有效值，所以用一般的电压表、万用表不易发现这种波动干扰源。要检查这种干扰信号必须用专用仪器(动力检测仪)和有存储功能的示波器才能检测出来。 2.3、

6、大电感引起的干扰 动力电网的另一种干扰是由大电感引起的。较大的电感在断电时要把存储的磁能释放出来。在电网中形成高频高峰值脉冲，它的产生是随机的。由于工厂中变压器、电机使用很普遍，因此产生的这种干扰脉冲也是常见的，尤其应给予注意。检测也需用动力线检测仪或存储示波器。由于这种干扰脉冲频率很高（一般高达 1100Hz） ，对于计算机控制系统，不会引起电源监控板反应，所以通常没有电源板停止工作的特征，干扰脉冲会通过供电线路串入计算机总线，引起时序错误导致数控中央处理器或可编程控制器停止运行。而故障现象的细节特征又因干扰脉冲的幅度、出现频率程度不同而不一样。当干扰脉冲幅度不够高时，可能会对数控系统没有影

7、响，如果数控系统或可编程控制器抗干扰能差，就会出现停机故障，这时很容易会认为是这块电路板故障引起的，其实是由于这块电路板抗干扰能力差引起停机。如果动力电网的干扰脉冲幅度足够引起停机故障（这种干扰只是偶然发生） ，也会表现为可恢复停机故障。即断电重新启动就可恢复工作。 3、减少电网干扰，可采取的措施 (1)克服电网脉冲干扰的方法很多，最根本的方法是消除干扰源。这就要对各种产生干扰源的电力设备进行改造。在直流电路中可采用二级管续流，在交流电路中对一般电感器也可采用并联电阻续流，对交流电机、大型交流接触器，可采用 RC 阻容抑制电路。在数控伺服系统中都是将交流电整流成直流电再进行逆变，这样一是使电动

8、机与电网隔离，二是还可在直流电路中加入续流二级管。 (2)要想消除电网中的干扰对数控机床的影响，通常的办法：一是将数控机床集中，采用单独的供电线路实行无干扰动力电网供电；二是采用变压器隔离法（也叫隔离变压器）来减弱干扰脉冲对数控的影响。这一方法的原理是利用变压器的感抗与信号频率有关的特性。由于干扰脉冲的频率比 50Hz 交流电高得多，所以变压器对它的传输功率相对小得多。(3)此外还可以采用电容对干扰脉冲滤波。在直流电路中一般装有大容量的滤波电容。这种电容通过常是电解电容，它的结构使它具有较大的电感，对高频脉冲反应就比较迟钝，需要进行无感电容进行补偿。 (4)采用谐波滤波器滤波。有源滤波器是消除

9、系统谐波较有效的解决方案。有源滤波器是由 IGBT 管构成的三相并联变流器经由串联电抗器并联在电网上，通过实时检测，有源滤波器向供电系统注入补偿电流，该补偿电流与负载电流中的谐波电流大小相等，方向相反，互相抵消，实现滤除谐波的功能，保证最终流入系统电流是正弦波。 (5)采用无感电容对干扰脉冲滤波。在直流电路中大量的滤波电容，具有较大的电感，对高频脉冲反应迟钝。如果并接上无感电容，如前文提到的我们在系统输入动力线间加的 2.2F 瓷片电容就能滤除干扰脉冲。(6)利用屏蔽减弱电磁波干扰。电磁波干扰，如果采用了严格的接地要求，加上数控机床机箱和电柜形成了双层屏蔽，一般情况下是可以抑制的，但是在安装及

10、日后的使用中要注意检查及测量接地阻值，使其达到国家规定的标准。 (7)保证“接地”良好。 “接地”和“接壳”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。往往在设计和制造时期，不被重视，直至调试使用时才认识到它的重要性。地线的设计和安装工艺影响“地电平，的穿坏。电网的许多干扰都是通过“接地”这条跨年对机床起作用，尤其有线干扰信号。至于无线电波的干扰能力，也与“接壳”和“接地”有关。 (8)其他因素干扰。有些干扰是机床制造厂装配工艺的问题，如：接地点选择不当；屏蔽线处理不当；接触不良，导线虚焊等。另外周围的环境影响也是不可忽视的。 参考文献 1蔺清平.动力电网干扰对数控机床的影响及治理措施J.新疆有色金属，2013，06:95+97. 2李刚.提高数控机床定位精度方法研究D.哈尔滨工程大学，2012. 3魏领会.数控机床可用性耦合建模及影响度分析D.吉林大学，2011. 4张志军.浅谈数控机床对工作环境的要求J.广西轻工业，2009，05:47+88. 5王伟.工厂动力电网中的干扰对数控机床的影响及排出方法J.机床电器，1994，06:40-41.