浅析数控机床电源的常见故障及抗干扰措施

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浅析数控机床电源的常见故障及抗干扰措施

开关电源常见的故障

1 熔丝熔断

如果烧断时保险管发黑有斑点，说明线路有严重短路，它是由于高压滤波电容击穿，整流管击穿等明显故障原因引起。如果保险管不黑，属慢慢熔断，可进行静态测量。一般是半桥中的一个开关管击穿或不良。

2 熔丝不断，输出无电压

这种情况先检查有无300V直流电压。如果没有，故障发生在逆变之前；如果有300V高压而无输出，这时可用示波器检查开关管集电极有无20kHz波形。如果开关管被击穿或没有振起。高频变压器开路均可造成逆变停止。另外，逆变电器正常但被后级的过流或过压电路动作而保护，使输出无电压。如果12V档主输出电源输出空载，就会引起过保护而使输出无电压。

3 电源输出电压不准

一般情况下，数控系统各档稳压直流电压的允许电压范围为额定值的±5%之内，如果超此范围，可调整电压调节电位器。将主输出电压档调至标准值。如果不能调至标准值，可能是电位器坏了或稳压管坏了。如果只有某一档电压偏离较大，则很可能是该档整流二极管损坏，要尽可能调换同型号的二极管。有时开关电源的负载能力差，也会使输出电压降低过大，这可能因参数变化使电路工作点偏离线性区域，如放大环节增益降低，检测电路处于非线性状态等。

4 开关电源发出重复地特殊响声

这通常是工作频率过低所造成，可用示波器检测脉冲宽度调制器，正常工作时将近20kHz左右。如定时回路电容器容量变大，也会引起振荡频率过低，使电源产生特殊的重复的响声。使开关电源不能正常工作。更换合适的电容即可恢复其正常工作。

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数控机床抗干扰途径

1 采用抗干扰的优质电源
经验表明由电源引入的干扰是系统干扰的主要来源，抗干扰性能好的优质电源是提高系统可靠性的关键。

2 阻断噪声干扰传递路径
数控系统使用现场的电磁环境一般较为恶劣，特别是附近大型电气设备起动及停止时会在公用交流电网和控制回路上产生高频瞬变噪声。这些噪声会通过数控系统的输入电源窜入系统内部，因此必须采取滤波、隔离、屏蔽和保护等措施将噪声阻断在系统外部。

1)使用电源滤波器抑制输入电源噪声
电源滤波器是抑制电源干扰的有力措施，目前市场上有各种型号规格的滤波器可供选择。从抗干扰的角度出发，应验证其插入衰减量是否达到要求。另外，滤波器对噪声的实际抑制效果还取决于使用方法。

应注意以下三点
a、滤波器要尽量靠近电源输入插座安装，进线和出线使用双绞线并靠近地电位布线，二者一定要分开走线，不能平行走线，更不能捆扎在一起。
b、滤波器的接地电阻应越小越好，最好直接安装在系统机壳上离系统接地端子最近的位置，这样能更好的抑制高频共模噪声。
c、数控系统内部的伺服电动机驱动器、外围接口电路和计算机电路的电源可分别用3个滤波器供电，这样不仅能抑制外部电源干扰，还能抑制各部分之间的相互干扰。

2)采用变比为1∶1的隔离变压器进行隔离
隔离变压器是在它的初级绕组和次级绕组之间加了一层屏蔽层，并将它和铁芯一起接地，防止干扰信号通过初次级之间的电路进人直流供电系统。它能有效地抑制由电网侵入的瞬态强脉冲干扰，使得直流或低频干扰信号不容易通过传导的方式形成感应噪声。

3)将电源装在金属屏蔽盒内，并与系统内其它部分尽量隔开安装，可减少噪声在系统内部的辐射干扰。

4)建立掉电保护功能
工业电网的供电不稳定或者系统电源的偶然故障，突然掉电的事故是难免的。这就要求系统在发生掉电时保护好现场的数据，待电压恢复正常时，便可从掉电处继续执行程序。系统的掉电保护方案可用带掉电保护的RAM(如FLASH)或可读写EEPROM等来保存系统掉电时的现场数据及标志字。

3 抑制电源工作产生的噪音

1)抑制直流稳压电源噪声
一部分数控系统的电源(+5V)是由三端集成稳压器构成的。电路中有TTL器件时，其开关动作时间为5～10ns，在瞬变电流和公共阻抗的作用下，直流电源线上产生开关噪声。使电路的噪声容限降低，导致逻辑电路和微处理器误动作。减小开关噪声的有效方法是在每个集成电路的电源端与接地端之间接入一个0.01～0.1μF的限噪钽电容或高频无感滤波电容，在设计电路板时应将此电容安装在该集成电路的电源输入侧并尽量缩短电容的配线。

2)抑制开关电源的噪声
目前，开关电源在数控系统中得到广泛使用。但是开关电源的噪声大、噪声频谱宽及高频辐射干扰严重。这些固有的缺点不能从根本上予以消除，只能使用隔离、滤波和屏蔽等措施来阻断噪声的传输。

具体方法如下
a.减小开关级晶体管与电源屏蔽壳之间的耦合电容，以减少噪声的产生;
b.用电感线圈将开关电源机壳与数控系统外壳相连，以减小共模噪声;
c.在交流电源输入端接入线路滤波器，不但能抑制共模噪声和串模噪声的产生，并且对外部电源噪声也同样有效。
d.开关电源有多个负载时，应采取将各负载电路在电源处就分开的布线方法，而不采用在离开开关电源一段距离后再接负载的方法。按后者布线时，分布电容使各负载的线路不平衡，导致形成较大的串模噪声。另外，电源外壳与负载电路一点接地并且接地阻抗要尽可能小。开关电源到各个负载电路采用双绞线相连;
e.开关电源需要同时给大功率负载与小信号负载供电，尽管它们的电压一致，也要分别用两组独立的开关电源来供电，这两组电源的地线要有公共连接点，这样不会形成公共阻抗，防止两路负载之间相互影响。

4 合理接地与布线

系统中直流电源的工作地应与系统中继电器、电磁阀及其驱动电源所构成的功率地分开，两者不可混接。另外、接地电缆应足够粗，并且电阻要小。布电源线时，应使强电和弱电分开，输入线与输出线分开。要根据电流的大小，尽量加粗导线的宽度，使电源线、地线的走向与数据传输的方向一致。采取以上方法对数控系统电源部分进行改进设计，有效地消除了干扰的影响，增加了整个数控系统的可靠性。