蒋昌虎，陈晓伟，陈立贵
（1.国家机床产品质量监督检验中心（安徽），安徽 马鞍山 243000；
2.马鞍山机床及刃模具产品质量监督检验中心，安徽 马鞍山 243000）
数控机床所使用的各种类型数控系统，包括PLC 控制、数字控制（DSP、FPGA），不论结构形式任何，在电力电子系统中，都是属于弱电控制强电。根据电磁原理，强电所产生的强磁场必将会控制电路的弱电带来干扰，对控制系统的稳定性产生不利影响。为了让控制系统稳定工作，在系统设计与安装时应采取一定电气隔离，以实现抗干扰，保证电路稳定工作。本文将主要对主电路隔离进行研究分析。
电气隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来从而达到隔离现场干扰的目的电路隔离主要是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了电路隔离的措施以后绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果使设备符合电磁兼容性的要求。
1.1 主电路隔离
大多数强干扰是通过供电系统进入数控机床电气控制系统的，为此要对电源进行滤波、隔离和稳压处理。在使用380V 电网电压的条件下，可在输入端加电源滤波器;若采用线性稳压器，除了通过电源变压器的隔离外，通常还要在三端稳压器的基础上增加由磁环和高频电容组成的π 型滤波;必要时也可在控制系统的电源引脚加瞬态电压抑制器，以减小电源噪声的干扰。
电源变压器是数控机床供电系统的主要元件，为了抑制电网中的干扰，一般选用隔离变压器，且变压器容量应比实际需要要大1.2～1.5 倍左右。在使用中应要求变压器的屏蔽层良好接地，次级线圈连接线要使用双绞线，以减少电源线间干扰。对于数控机床的PLC 的控制器电源，如果条件许可，还可在隔离变压器前加入滤波器，此时变压器的初级和次级连接线均需使用双绞线，如图1 所示。这样干扰信号经滤波隔离后可大大减弱，增强了系统的可靠性。
图1 滤波器和隔离变压器的连接
采用1:1 隔离变压器供电是传统的抗干扰措施，对电网尖峰脉冲干扰有很好的效果。图2 是典型的隔离变压器原理图。它抗干扰的原理是一次侧对高频干扰呈现很高的阻抗，而位于一次、二次绕组之间的金属屏蔽层又阻隔了一、二次侧所产生的分布电容，因此一次绕组只有对屏蔽层的分布电容存在，高频干扰通过这个分布电容而被旁路入地。
图2 1:1 隔离变压器屏蔽及接地方式
1.2 交流电源隔离技术应用
由于交流电网中存在着大量的谐波、高频干扰等，所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备，都应采取抑制措施。采用电源隔离变压器，可以有效图地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是，普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用，这是因为，即使一次绕组和二次绕组之间是绝缘的，能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧，有隔离作用。然而，由于分布电容（绕组与铁心之间、绕组之间、层匝之间和引线之间）的存在，交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声，必须在绕组间加屏蔽层，这样就能有效地抑制噪声，消除干扰，提高设备的抗干扰性。图3 所示为不加屏蔽层和加屏蔽层的隔离变压器分布电容的情况。
图3 变压器隔离方式
交流电源综合抗干扰设计如图4 所示，为了消除因公共电阻引起的耦合，减少负载波动的影响，需要将测控系统和电网电源隔离开，同时也为了安全，需要在电源变压器和低通滤波器之前增加一个隔离变压器。
图4 交流电源抗干扰方案
1.3 直流电源隔离技术应用
当控制装置和电子电气设备的内部子系统之间需要相互隔离时，它们各自的直流供电电源间也应该相互隔离，其隔离方式如下:第一种是在交流侧使用隔离变压器，如图5a 所示;第二种是使用直流电压隔离器（即DC/DC 变换器），如图5b 所示。
图5 交流电源综合抗干扰方案
实践证明，在采用电气隔离措施后绝大多数电路均能取得良好的抑制噪声效果，使设备符合电磁兼容性要求。在日常的机床电气系统检验中，如遇数控系统电磁干扰现象，除分析电气柜中的强、弱电干扰，还要对外部干扰源进行分析，以得到客观结论。
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