21 电磁兼容性设计

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1、数控系统的电磁兼容性设计孙海亮1、电磁兼容性概述2、接地技术3、屏蔽技术4、滤波技术5、设计指南主要内容电磁兼容性（EMC）是指：电气设备产生的电磁骚扰不应超过其预期使用场合允许的水平；设备对电磁骚扰应有足够的抗扰度水平，以保证电气设备在预期使用环境中可以正常运行。电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的三要素进行的，即电磁骚扰源、传输途径和敏感设备。数控系统电磁兼容性要求数控系统一般在电磁环境较恶劣的工业现场使用，为了保证系统在此环境中能够正常工作，系统必须达到JB/T8832-2001“机床数控系统通用技术条件”中的电磁兼容性要求。电磁兼容性概述1.电压暂降和短时中断抗扰度数控系统运行时，

2、在交流输入电源任意时间电压幅值降为额定值的70%，持续时间500ms，相继降落间隔时间为10s；在交流输入电源任意时间电压短时中断3ms，相继中断间隔时间为10s。电压暂降和短时中断各进行3次，数控系统应能正常工作。2.浪涌（冲击）抗扰度数控系统运行时，分别在交流输入电源相线之间叠加峰值为1KV的浪涌（冲击）电压；在交流输入电源相线与保护接地端（PE）间叠加峰值为2KV浪涌（冲击）电压。浪涌（冲击）重复率为1次/min，极性为正/负极。试验时正/负各进行5次，数控系统应能正常工作。3.快速瞬变脉冲群干扰1)数控系统运行时，分别在交流供电电源端和保护地端（PE）之间，加入峰值2KV、重复频率5K

3、Hz脉冲群，时间1min。试验时，数控系统能正常工作。2)数控系统运行时，在I/O信号、数据和控制端口电缆上用耦合夹加入峰值1KV，重复频率5KHz脉冲群，时间1min。试验时，数控系统能正常工作。4.静电放电抗扰度数控系统运行时，对操作人员经常触及的所有部位和保护地端（PE）之间进行静电放电试验，接触放电电压6KV，空气放电电压8KV，试验中数控系统能正常运行。机床数控系统组成机床数控系统组成如图所示，系统中既包含高电压、大电流的强电设备，又包含低电压、小电流的控制与信号处理设备和传感器，即弱电设备。强电设备产生的强烈电磁骚扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁。此外，系统所在的生产现场的电磁

4、环境较恶劣，系统外各种动力负载的骚扰、供电系统的骚扰、大气中的骚扰等都会对系统内的弱电设备产生严重影响，由于弱电设备是控制强电设备的，所以，一旦弱电设备受到干扰，最终将导致整个系统的瘫痪。系统达到电磁兼容的主要手段:抑制骚扰的发射;切断骚扰的传输途径;提高敏感设备的抗干扰能力最常采用的技术:屏蔽、接地、滤波机床数控系统抗干扰措施接地技术接地的含义是提供一个等电位点或电位面,为了防止共地线阻抗干扰,在每个设备中可能有多种接地线，但概括起来可以分为三类:保护地线（安全接地）工作地线（工作接地）屏蔽地线（屏蔽接地）。安全接地为了保护人身和设备的安全，免遭雷击、漏电、静电等危害，设备的机壳、底盘所接地

5、线称保护地线，应与真正大地连接。保护地线的基本要求参见国家标准“GB5226.1-2002”有关章节的内容。1.安全接地型式2.接地极的制作方法及接地电阻。3.保护接地设计要点1.安全接地型式机床数控系统电源采用“TT”或“TN-S”接地型式，不允许采用“TN-C”接地型式，如图所示。TT系统1、电气控制柜中最好不要引入中线，如果使用中线，必须在安装图、电路图及接线端子上予以明确的N标识；2、在电气控制柜内部不允许中线与地线联接，也不允许共用一个端子PEN（PE与N短接的端子称PEN端子）。注意：2.接地极的制作方法及接地电阻习惯上人们常把地下的金属管道作为接地地极，特别是自来水管，由于它们和

6、土壤之间有大面积的接触，这种方法的接地电阻一般小于3Ω。但要指出的是用水管做接地电极的安全性。例如：在对建筑物进行维修或对水管系统进行改装时，通入管道的故障电流或杂散电流就可能对工作人员造成伤害。此外，还要注意水管金属间的连续性，任何非导体的联接件都可以使水管的接地有效性受到妨碍。正规的做法是借助埋入地下的金属棒、金属板来实现对大地的电气接触，简易做法有以下二种。方法一：采用直径为1-2cm,长度为2-5m的铜包钢棒(选择地势低、较潮湿的地方)将棒打入或埋入地下，由一根接地棒组成的单一电极，它的对地电阻往往大于20Ω，一般采用多个金属棒并联构成接地电阻小于4Ω的接地极，如上图所示。3.保护接地

7、设计要点1)电气设备都应设计专门的保护导线接线端子（保护接地端子），并且采用符号标记，也可用黄绿双色标记。不允许用螺丝在外壳、底盘等代替保护接地端子保护接地端子与电气设备的机壳、底盘等应实现良好的搭接，设备的机壳（机箱）、底盘等应保持电气上连续，保护接地电路的连续性应符合GB5226.1-2002的要求。2)数控系统控制柜内应安装有接地排（可采用厚度≥3mm铜板），接地排接入大地，接地电阻应小于4