數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容設計課件

第7章數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容設計對數(shù)控機床的要求，穩(wěn)定性、可靠性是首要的條件，而數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性則是保證數(shù)控機床穩(wěn)定、可靠運行的重要條件。數(shù)控系統(tǒng)一般在電磁環(huán)境較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場使用，為了保證系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)在設計時對電磁騷擾應有足夠的抗干擾度要求。

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本章首先介紹數(shù)控系統(tǒng)電磁兼容性要求與抗干擾措施；接著介紹屏蔽技術，使用屏蔽技術切斷輻射電磁噪聲傳輸途徑，使系統(tǒng)避免電磁噪聲干擾；最后介紹濾波技術，以抑制導線傳輸?shù)膫鲗Ц蓴_。設計指南則以實例說明電磁兼容設計，以供讀者參考。27.1電磁兼容性概述

電磁兼容性（EMC）是指：電氣設備產(chǎn)生的電磁騷擾不應超過其預期使用場合允許的水平；設備對電磁騷擾應有足夠的抗擾度水平，以保證電氣設備在預期使用環(huán)境中可以正確運行。電磁兼容的主要內(nèi)容是圍繞造成干擾的三要素進行的，即電磁騷擾源、傳輸途徑和敏感設備。

31.電壓暫降和短時中斷抗擾度

數(shù)控系統(tǒng)運行時，在交流輸入電源任意時間電壓幅值降為額定值的70%，持續(xù)時間500ms，相繼降落間隔時間為10s；在交流輸入電源任意時間電壓短時中斷3ms，相繼中斷間隔時間為10s。電壓暫降和短時中斷各進行3次，數(shù)控系統(tǒng)應能正常工作。

5２.浪涌（沖擊）抗擾度

數(shù)控系統(tǒng)運行時，分別在交流輸入電源相線之間疊加峰值為1KV的浪涌（沖擊）電壓；在交流輸入電源相線與保護接地端（PE）間疊加峰值為2KV浪涌（沖擊）電壓。浪涌（沖擊）重復率為1次/min，極性為正/負極。試驗時正/負各進行5次，數(shù)控系統(tǒng)應能正常工作。

6３.電快速瞬變脈沖群抗擾度

1)數(shù)控系統(tǒng)運行時，分別在交流供電電源端和保護地端（PE）之間，加入峰值2KV、重復頻率5KHz脈沖群，時間1min。試驗時，數(shù)控系統(tǒng)能正常工作。2)數(shù)控系統(tǒng)運行時，在I/O信號、數(shù)據(jù)和控制端口電纜上用耦合夾加入峰值1KV，重復頻率5KHz脈沖群，時間1min。試驗時，數(shù)控系統(tǒng)能正常工作。77.1.2機床數(shù)控系統(tǒng)抗干擾措施圖7-1機床數(shù)控系統(tǒng)組成

機械本體執(zhí)行機構(gòu)（電動、氣動、液動）傳感器（開關）數(shù)控裝置驅(qū)動部件（電力、電子器件大信號小信號小信號9機床數(shù)控系統(tǒng)組成如圖7-1所示，系統(tǒng)中既包含高電壓、大電流的強電設備，又包含低電壓、小電流的控制與信號處理設備和傳感器，即弱電設備。強電設備產(chǎn)生的強烈電磁騷擾對弱電設備的正常工作構(gòu)成極大的威脅。此外，系統(tǒng)所在的生產(chǎn)現(xiàn)場的電磁環(huán)境較惡劣，系統(tǒng)外各種動力負載的騷擾、供電系統(tǒng)的騷擾、大氣中的騷擾等都會對系統(tǒng)內(nèi)的弱電設備產(chǎn)生嚴重影響，由于弱電設備是控制強電設備的，所以，一旦弱電設備受到干擾，最終將導致整個系統(tǒng)的癱瘓。10抑制騷擾的發(fā)射，切斷騷擾的傳輸途徑，提高敏感設備的抗干擾能力是系統(tǒng)達到電磁兼容的主要手段，最常采用的是屏蔽、濾波、接地三大技術。117.2.1安全接地

為了保護人身和設備的安全，免遭雷擊、漏電、靜電等危害，設備的機殼、底盤所接地線稱保護地線，應與真正大地連接。保護地線的基本要求參見國家標準“GB5226.1-2002”有關章節(jié)的內(nèi)容。

13安全接地型式

機床數(shù)控系統(tǒng)電源采用“TT”或“TN-S”接地型式，不允許采用“TN-C”接地型式，如圖7-2、圖7-3、圖7-4所示。141517注1：電氣控制柜中最好不要引入中線，如果使用中線，必須在安裝圖、電路圖及接線端子上予以明確的N標識；注2：在電氣控制柜內(nèi)部不允許中線與地線聯(lián)接，也不允許共用一個端子PEN（PE與N短接的端子稱PEN端子）。

182.接地極的制作方法及接地電阻。

習慣上人們常把地下的金屬管道作為接地地極，特別是自來水管，由于它們和土壤之間有大面積的接觸，這種方法的接地電阻一般小于3Ω。但要指出的是用水管做接地電極的安全性。例如：在對建筑物進行維修或?qū)λ芟到y(tǒng)進行改裝時，通入管道的故障電流或雜散電流就可能對工作人員造成傷害。此外，還要注意水管金屬間的連續(xù)性，任何非導體的聯(lián)接件都可以使水管的接地有效性受到妨礙。19（a）將金屬棒直接打入或埋入地下（b）挖抗并將金屬棒打入或埋入地下圖7-5金屬棒埋入地下作接地極埋入金屬棒后應填實接地極≥3m接地極≥1.8m1.5~2m≥21方法二：采用厚度≥5mm，面積≥0.5m2的金屬板(銅板為佳)埋入地底，如圖7-6所示。

圖7-6金屬板埋入地下作接地極

223.保護接地設計要點

1)電氣設備都應設計專門的保護導線接線端子（保護接地端子），并且采用符號標記，也可用黃綠雙色標記。不允許用螺絲在外殼、底盤等代替保護接地端子。保護接地端子與電氣設備的機殼、底盤等應實現(xiàn)良好的搭接，設備的機殼（機箱）、底盤等應保持電氣上連續(xù)，保護接地電路的連續(xù)性應符合GB5226.1-2002的要求。

23254)保護接地線不要構(gòu)成環(huán)路，如圖7-8所示。

267.2.2工作接地

1.工作接地方式為了保證設備的正常工作，如直流電源常需要有一極接地，作為參考零電位，其它極與之比較，例如±15V、±5V、±24V等。信號傳輸也常需要有一根線接地，作為基準電位，傳輸信號的大小與該基準電位相比較。這類地線稱工作地線，在系統(tǒng)中一定要注意工作地線的正確接法，否則非但起不到作用反而可能產(chǎn)生干擾，如共地線阻抗干擾、地環(huán)路干擾、共模電流輻射等等。工作接地方式有浮地、單點接地和多點接地。291)浮地

如圖7-9所示，工作地線與金屬機箱絕緣，工作地線是浮置的，其目的是防止外來共模噪聲對內(nèi)部電子線路的干擾。

30機箱機箱機箱工作地線金屬外殼保護地線屏蔽地線圖7-9浮地方式

312)單點接地

如圖7-10所示，單點接地是指一個電路或設備中，只有一個物理點被定義為接地參考點，而其他凡是需要接地的點都被接到這一點上。如果一個系統(tǒng)包含許多設備，則每個設備的“地”都是獨立的，設備內(nèi)電路采用自已的單點接地，然后整個系統(tǒng)的各個設備的“地”都連到系統(tǒng)唯一指定的參考點上。設備內(nèi)部電路的單點接地有串聯(lián)、并聯(lián)、串—并聯(lián)混合接地三種方式。

32（a）單點串聯(lián)接地方式（b）單點并聯(lián)接地方式12312333（c）單點串聯(lián)和并聯(lián)混合接地方式圖7-10單點接地噪聲地線數(shù)字地線模擬地線金屬地線34單點接地比較簡單，走線和電路圖相似，電路布線時比較容易。其缺點是：地線太長，當系統(tǒng)工作頻率很高時，地線阻抗增加，容易產(chǎn)生共地線阻抗干擾，另一方面頻率的升高使地線之間、地線和其他導線之間由于電容耦合、電感耦合產(chǎn)生的相互竄擾大大增加。

353)多點接地

如圖7-11所示，多點接地是指設備（或系統(tǒng)）中的各個接地都直接接到距它最近的接地平面上，以便使接地線的長度為最短，接地平面可以是設備的底板、專用接地線、甚至是設備的框架。

36圖7-11多點接地方式

241337多點接地的優(yōu)點是接線比較簡單，而且在連接地線上出現(xiàn)高頻駐波的現(xiàn)象也明顯減少。但是多點接地系統(tǒng)中的多地線回路對線路的維護提出了更高的要求。因為設備本身的腐蝕、沖擊振動和溫度變化等因素都會使接地系統(tǒng)出現(xiàn)高阻抗，而使接地效果變差。384)混合接地

混合接地是指對系統(tǒng)的各部分工作情況作一個分析，只將那些需要就近接地的點直接（或需要高頻接地的點通過旁路電容）與接地平面相連。而其余各點采用單點接地的辦法。

392.工作接地設計要點

1)設備地線不能布置成封閉的環(huán)狀，一定要留有開口，因為封閉環(huán)在外界電磁場影響下會產(chǎn)生感應電動勢，從而產(chǎn)生電流，電流在地線阻抗上有電壓降，容易導致共阻抗干擾；402)采用光電耦合、隔離變壓器、繼電器、共模扼流圈等隔離措施，切斷設備或電路間的地環(huán)路，抑制地環(huán)路引起的共阻抗耦合干擾；3)設備內(nèi)的各種電路如模擬電路、數(shù)字電路、功率電路、噪聲電路等都應設置各自獨立的地線（分地），最后匯總到一個總的接地點；414)低頻電路（f<1MHz）一般采用樹杈型放射式的單點接地方式，地線的長度不應該超過地線中高頻電流波長（λ=v/f，λ是地線中高頻信號的波長，v是高頻信號的傳輸速度，f是高頻信號的頻率）的1/20即ι<λ/20。較長的地線應盡量減小其阻抗，特別是減小電感，例如增加地線的寬度，采用矩形截面導體代替圓導體作地線等；425)高頻電路（f>1MHz）一般采用平面式多點接地方式，或采用混合接地方式，如工控機電路底板的工作地線與機箱采用多點接地方式；6)工作地線浮置方式（工作地線與金屬機箱絕緣）僅適用小規(guī)模設備（這時電路對機殼的分布電容較?。┖凸ぷ魉俣容^低的電路（頻率較低），而對于規(guī)模較大、電路較復雜、工作速度較高的控制設備不應采用浮地方式；437)機柜內(nèi)同時裝有多個電氣設備（或電路單元）的情況下，工作地線、保護地線和屏蔽地線一般都接至機柜的中心接地點（接地排），然后接大地，這種接法可使柜體、設備、機箱、屏蔽和工作地都保持在同一電位上。447.2.3屏蔽接地

為了抑制噪聲，電纜、變壓器等的屏蔽層需接地，相應的地線稱為屏蔽地線。在低阻抗網(wǎng)絡中，利用低電阻導體可以降低干擾作用，故低阻抗網(wǎng)絡常用作電氣設備內(nèi)部高頻信號的基準電平（如機殼或接地板），這種端接點應標明符號“”，公共基準電位的連接應使用單獨點盡可能靠近PE端子直接接地或連接它自己的外部（無噪聲）大地導體端子。設備中的“”端子一般作為屏蔽地。451.屏蔽電纜的選擇

屏蔽電纜的種類很多，一般可分為普通屏蔽線，雙絞屏蔽線，同軸電纜。普通帶編織層的多芯電纜具有電場屏蔽作用，雙絞屏蔽線其總屏蔽層可以抑制電場干擾，雙絞線可以抑制磁場干擾。461)普通屏蔽線適用于工作頻率30KHz以下，特殊情況可用到幾百千赫。普通屏蔽線用于：輸入/輸出信號線、模擬信號線、脈沖式接口驅(qū)動器控制信號線（線長≤2m）、計算機串行通訊線（線長≤2m）、電源線、電機強電線。

472)雙絞線和屏蔽雙絞線適用于工作頻率100KHz以下，特殊情況可用到幾百千赫，雙絞線具有較好的磁場屏蔽性能。雙絞線用于：直流電源線、小功率交流電源線（<1KW）。屏蔽雙絞線用于：編碼器信號線、高頻信號線、脈沖接口式驅(qū)動器控制信號線（線長>2m），計算機串行通訊線（線長>2m）。483)同軸電纜適用于工作頻率1000MHz以下

4)雙重屏蔽電纜

4)雙重屏蔽電纜

在系統(tǒng)中，如果采用一根電纜同時傳輸模擬信號和高頻數(shù)字信號，則必須采用各自屏蔽線外再包一層總屏蔽的雙重屏蔽電纜，這種電纜能防止電纜內(nèi)部信號線間的干擾。

492.屏蔽電纜接地設計要點1)對于低頻電路（f<1MHz），電路通常是單端接地，屏蔽電纜的屏蔽層也應單端接地，單端接地對電場起到主動屏蔽的作用，也能起到被動屏蔽作用，但對磁場沒有屏蔽作用。

502)當電纜的長度ι<0.15λ（λ=v/f,ι是傳輸線中信號的波長，v是信號的傳輸速度，f是信號的頻率）時，則要求單點接地。無論是單芯或是多芯屏蔽電纜，在電源和負載電路中，一端為接地點，另一端與地絕緣，其中接地點就是屏蔽層的接地。一般均在輸出端接地，不存在接地環(huán)路，屏蔽效果好，這是電纜層屏蔽最佳接地型式；也可在輸入端接地，如圖7-12、圖7-13所示。5152圖7-13屏蔽層單端接地示例

533)對于高頻電路（f>1MHz），電路通常是雙端接地，屏蔽電纜的屏蔽層也應雙端接地，雙端接地能對電場產(chǎn)生屏蔽，對高頻磁場也能產(chǎn)生屏蔽作用。屏蔽的電力電纜的屏蔽層應在電纜兩端接地，如圖7-14、圖7-15所示。54圖7-14變頻器電機電纜屏蔽層雙端接地

55圖7-15編碼器電纜雙端接地

564)當電纜的長度ι>0.15λ（λ=c/f）時，則采用多點接地。一般屏蔽層按0.05λ或0.1λ的間隔接地，至少應該在屏蔽層兩端接地，以降低地線阻抗，減少地電位引起的干擾電壓；5)數(shù)控系統(tǒng)中數(shù)控裝置與伺服驅(qū)動器、變頻器間的信號傳輸線一般推薦采用屏蔽雙絞線，且屏蔽層采用雙端接地方式。576)對于輸入信號電纜的屏蔽層不能在機殼內(nèi)接地，只能在機殼的入口處接地，此時屏蔽層上的外加干擾信號直接在機殼入口處入地，避免屏蔽層上的外加干擾信號帶入設備內(nèi)部的信號電路上；7)對于高輸入或高輸出阻抗電路，尤其是在高靜電環(huán)境中，可能需要用雙層屏蔽的電纜，這時內(nèi)屏蔽層可以在信號源端接地，外屏蔽層則在負載端接地；8)實現(xiàn)屏蔽層接地時應盡量避免產(chǎn)生所謂“豬尾巴”效應，多芯電纜屏蔽層一般用電纜金屬夾鉗接地。587.3屏蔽技術

屏蔽技術用來抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。通常用金屬材料或磁性材料把所需屏蔽的區(qū)域包圍起來，使屏蔽體內(nèi)外的“場”相互隔離。為防止噪聲源向外輻射場，則應該屏蔽噪聲源，這種方法稱為主動屏蔽。為防止敏感設備受噪聲輻射場的干擾，則應該屏蔽敏感設備，這種方法稱為被動屏蔽。屏蔽按其機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

597.3.1電場屏蔽

當噪聲源是高電壓、小電流時，其輻射場主要表現(xiàn)為電場，電場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設備之間由于存在電場耦合而產(chǎn)生的干擾。

601.電場屏蔽的機理

電場感應可看成是分布電容間的耦合，圖7-16中，干擾源A和受感應物B的電位分別為UA和UB，那么UA和UB間的關系為：式中，C1為A、B之間的分布電容；C2為受感應物對地電容。61圖7-16電場感受應示意圖

C2C1BAUBUA62通過上式可以看出，為了減弱受感應物B上的電場感應，可能采用的方法：1)增大A、B的距離，以減小A、B間的分布電容；2)盡可能使感受物B貼近接地板，以增大其對地電容；3)可以在AB之間插入一塊稱為屏蔽板的金屬薄板，如圖7-17所示，此時其中C1′<<C1，故UB′<<UB，起到屏蔽作用。

63圖7-17金屬板對電場屏蔽作用的分析

C1′C4C2C1SBUB′AUA64注意事項：良好接地是金屬板產(chǎn)生電場屏蔽的先決條件，如不接地或接地不良，則可能產(chǎn)生沒有金屬板時更嚴重的干擾。

652.電場屏蔽設計要點

1)系統(tǒng)中的強電設備（伺服驅(qū)動器、變頻器、步進驅(qū)動器、開關電源、電機）金屬外殼可靠接地，實現(xiàn)主動屏蔽；2)敏感設備（如數(shù)控裝置等）外殼應可靠接地，實現(xiàn)被動屏蔽；3)強電設備與敏感設備之間距離盡可能遠，一般在電柜內(nèi)，強、弱電設備盡量保持30cm以上的距離，最小距離為10cm；

664)高電壓、大電流動力線與信號線應分開走線，例如各自使用各自獨立的線槽等，距離盡可能保持在30cm以上，最小距離為5～7.5cm，同時盡量避免平行走線，不能將強電線與信號線捆扎在一起；5)信號線應盡量靠近地線（或接地平板）或者用地線包圍它；

676)屏蔽電纜既能對電場起到被動屏蔽作用，也能起到主動屏蔽作用，條件是屏蔽層接地。如果屏蔽層不接地，則有可能造成比不用屏蔽線時更大的電場耦合。7)強電線如不能與信號線分開走線，則強電線應采用屏蔽線，屏蔽層應可靠接地。687.3.3磁場屏蔽

當噪聲源具有低電壓和大電流性能時，其輻射場主要表現(xiàn)為磁場，磁場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設備之間由于磁場耦合所產(chǎn)生的干擾。

691.磁場屏蔽的機理

磁場屏蔽主要是依賴高導磁材料所具有的低磁阻對磁通起到分路的作用，使得屏蔽體內(nèi)部的磁場大大減弱，圖7-18說明了這一原理。

70圖7-18磁場的被動屏蔽

磁性材料的屏蔽體磁場屏蔽區(qū)域712.磁場屏蔽的設計要點

1)選用高導磁率的材料，如玻莫合金等，并適當增加屏蔽體的壁厚；2)被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上，以盡量減少通過被屏蔽物體體內(nèi)的磁通；3)注意磁屏蔽體的結(jié)構(gòu)設計，對于強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體結(jié)構(gòu)

724)減少干擾源和敏感電路的環(huán)路面積。最好的辦法是使用雙絞線和屏蔽線，讓信號線與接地線（或載流回線）扭絞在一起，以便使信號與接地（或載流回線）之間的距離最近；5)增大線間的距離，使得干擾源與受感應的線路之間的互感盡可能地??；

736)如有可能，使干擾源的線路與受感應線的線路呈直角（或接近直角）布線，這樣可大大降低兩線路間的磁場耦合；7)敏感設備應遠離干擾源（強電設備、變壓器等）布置，距離應保持30cm以上。

747.3.3電磁場屏蔽

電磁場屏蔽用于抑制噪聲源和敏感設備距離較遠時通過電磁場耦合產(chǎn)生的干擾。電磁場屏蔽必須同時屏蔽電場和磁場，通常采用電阻率小的良導體材料?？臻g電磁波在入射到金屬體表面時會產(chǎn)生反射和吸收，電磁能量被大大衰減。從而起到屏蔽作用。

757.3.4屏蔽機箱（屏蔽盒）設計要點

1.結(jié)構(gòu)材料1)機箱的屏蔽材料一般采用銅板、鐵板、鋁板、鍍鋅鐵板等，厚度約為0.2～0.8mm，這些金屬板對電場、高頻磁場和電磁場屏蔽效能都很大，可達100dB以上；2)用于低頻磁場屏蔽的高磁導率的鐵磁性材料，一般不用作機箱，而是直接用在需要進行低頻磁屏蔽的元件上；3)對于塑料殼體，是在其內(nèi)壁噴涂一層薄膜導電層或在注塑時摻入高電率的金屬粉或金屬纖維，使之成為導電塑料。

762.搭接

機箱的電氣連續(xù)性是殼體屏蔽效能的決定性因素，因此，必須盡量減少機箱結(jié)構(gòu)的電氣不連續(xù)性，以便控制經(jīng)底板和機殼進出的泄漏和輻射。1)在底板和機殼的每一條縫和不連續(xù)處要盡可能好地搭接；2)保證接縫處金屬對金屬的接觸，以防電磁能的泄漏和輻射

773)在可能的情況下，接縫應焊接。在條件受限制的情況下，可用點焊，小間距的鉚接和用螺釘來固定；4)保證緊固方法有足夠的壓力，以便在有變形應力、沖擊、振動時保持表面良好接觸；5)在接縫不平整的地方，或在可移動的面板等處，必須使用導電襯墊或指形壓簧材料；786)保證同襯墊配合的金屬表面沒有非導電保護層（如油漆、噴塑）7)當需要活動接觸時，使用指形壓簧（而不用網(wǎng)狀襯墊），并要注意保持彈性指簧的壓力；注：襯墊種類有金屬網(wǎng)射頻襯墊，銅鍍合金、導電橡皮、導電蒙布、泡沫襯墊。793.穿透和開口

機箱中通常都有電源線和控制線的引入和引出，在面板部分還有操作鍵、顯示屏的開孔，還有通風孔等，這些孔隙都可能造成電磁波的嚴重泄漏。1)要注意由于電纜穿過機殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導線穿過屏蔽體時，屏蔽效能降低30dB以上；2)電源線進入機殼時全部應通過濾波器盒；

803)信號線、控制線進入/穿出機殼時，要通過適當?shù)臑V波器；4)為保險絲、插孔等加金屬帽；5)用導電襯墊和墊圈、螺母等實現(xiàn)鈕子開關防止泄漏安裝；6)在屏蔽、通風和強度要求高而重量不苛刻時，用蜂窩板屏蔽通風口，最好用焊接方式保持線連接，防止泄漏；

817)盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽，并對所有引線用穿心電容濾波；在不能從后面屏蔽指示器/顯示器和對引線濾波時，要用與機殼連接的金屬網(wǎng)或?qū)щ姴Ａ帘卧谥甘酒?顯示器的前面（采用夾金屬絲的屏蔽玻璃或在透明塑料或玻璃上鍍透明導電膜）。827.4濾波技術

濾波技術用來抑制沿導線傳輸?shù)膫鲗Ц蓴_，主要用于電源干擾和信號線干擾抑制。濾波器是由電感、電容、電阻或鐵氧體器件構(gòu)成的頻率選擇性網(wǎng)絡，可以插入傳輸線中，抑制不需要的頻率進行傳播。

837.4.1電源干擾抑制

采用電源濾波器抑制電源線傳輸電磁干擾電源濾波器的作用是雙向的，它不僅可以阻止電網(wǎng)中的噪聲進入設備，也可以抑制設備產(chǎn)生的噪聲污染電網(wǎng)。

841)電源線濾波器的結(jié)構(gòu)

圖7-19中電感L1和電感L2同時繞在一個磁芯上，這兩個電感在電流的通過上是互補的，用來衰減共模干擾。電容CX被用來衰減差模干擾。電容CY被用來衰減共模干擾。

85注：CY必須有較高的耐壓值，CY的容值還受到對濾波器所允許的漏電流大小的限制，一般CY選用2.2nf/2000v的高壓瓷片電容，CX選用100nf/1000v的瓷片電容，R選1MΩ/1w的金屬膜電阻。86圖7-19典型的電源線濾波器

L2CYCXCXR設備L1ENLCY872)濾波器的實際濾波效果在實際運用的電源濾波器并非是一個理想的低通濾波器，濾波器的實際頻率特性可由圖7-20說明，從中可以看出，普通電源濾波器不能有效抑制快速瞬變脈沖干擾。88圖7-20濾波器的實際特性

理想的低通濾波器實際的低通濾波器f(MHz)衰減(dB)1008010893)電源濾波器設計要點

a)濾波器一般安裝在機柜底部交流電線入口處，不能讓輸入交流電源線在機柜內(nèi)繞行很長距離后再接濾波器，以免該線在機柜內(nèi)輻射噪聲；b)如果電源進線必須經(jīng)過熔斷器和電源開關等器件后才能接到濾波器上，則這段線路應施加屏蔽措施；

90c)濾波器金屬機殼最好直接安裝在金屬機柜上，而且應與機柜的接地端子靠得越近越好；d)濾波器的輸入/輸出線要分開布置，不能有平行走線，更不應該捆扎在一起，否則輸入線中的噪聲將不經(jīng)過濾波器直接耦合到輸出線上；

91e)濾波器輸出線最好采用雙絞線，加強抗磁場干擾能力；f)如果電源中高電壓脈沖噪聲比較多，則應選用能在更寬的頻率上有較大衰減的電源濾波器，或者與鐵氧體磁環(huán)線濾波器串聯(lián)使用，取得好的濾波效果；g)流過濾波器的電流不允許超過濾波器最大額定電流，否則由于電感器的磁芯產(chǎn)生飽和，從而使電感量大大降低，失去抑制作用。922.采用吸收型濾波器抑制電源線中的快速瞬變脈沖串干擾

吸收式濾波器由有耗器件構(gòu)成，在阻帶內(nèi)吸收噪聲的能量轉(zhuǎn)化為熱損耗，從而起到濾波效果。

931)鐵氧體吸收型濾波器結(jié)構(gòu)

用于電磁噪聲抑制的鐵氧體是一種磁性材料，由鐵、鎳、鋅氧化物混合而成，鐵氧體一般做成中空型，導線穿過其中，當導線中的電流穿過鐵氧體時低頻電流幾乎可無衰減地通過，但高頻電流卻會受到很大的損耗，轉(zhuǎn)變成熱量散發(fā)，所以鐵氧體和穿過其中的導線即成為吸收型低通濾波器，能有效抑制快速瞬變脈沖串干擾。根據(jù)不同的使用場合，鐵氧體濾波器可以做成多種形式，圖7-21列出了常用的10種形式。9495圖7-21各種鐵氧體磁環(huán)

962)鐵氧體磁環(huán)構(gòu)成線噪聲濾波器設計要點

a)電纜或?qū)Ь€應與環(huán)內(nèi)徑密貼，不要留太大的空隙，這樣導線上電流產(chǎn)生的磁通可基本上都集中在磁環(huán)內(nèi)，從而增加濾波效果；b)鐵氧體磁環(huán)套在交流電源線和直流電源線上，用于抑制快速瞬變脈沖串干擾。

97c)將導線以同樣方向和圈數(shù)繞在磁環(huán)上，繞的圈數(shù)越多，濾波效果越好，一般在強電設備（伺服驅(qū)動器、變頻器）的輸入側(cè)一般為4~5圈，電線太粗時，可以用2個以上的磁環(huán)，如圖7-23所示，使總?cè)?shù)達到4~5`圈，但輸出側(cè)的圈數(shù)必須在4以下，如圖7-22所示。98圖7-22伺服驅(qū)動器或變頻器濾波電路

99注：圖中電源濾波器只允許用在伺服驅(qū)動器（或變頻器）的輸入側(cè)，而不允許用在輸出側(cè)。圖中的接地線也可不繞在磁環(huán)上，在某些場合，地線不繞在磁環(huán)上的濾波效果更佳。

100圖7-23使用二個磁環(huán)串聯(lián)

101d)磁環(huán)與電源濾波器串聯(lián)使用，則構(gòu)成EMC濾波器，濾波效果更佳；e)在用磁環(huán)抑制直流電源和信號線共模噪聲電流時，最好把正負電源線對或正負信號線對都穿過磁環(huán)，這樣磁環(huán)就不易產(chǎn)生飽和，如圖7-24所示。102圖7-24直流電源濾波電路

103f)如果使用磁珠或磁環(huán)的線路負載阻抗很高，則磁環(huán)很可能起不到作用，因為磁環(huán)的阻抗在幾百兆赫時也只有幾百歐，因此磁環(huán)比較適用于低阻抗電路。如果能在磁環(huán)后再并聯(lián)電容組成類似L-C濾波器，則會大大降低負載阻抗，從而增加濾波效果，如圖7-25所示。

104圖7-25典型交流電源瞬變脈沖干擾抑制電路

1053.采用隔離變壓器供電，有效抑制電源中的脈沖串、雷擊浪涌干擾隔離變壓器是一種用得相當廣泛的電源線抗干擾措施，它最基本的作用是實現(xiàn)電路與電路之間的電氣隔離，從而解決地線環(huán)路電流帶來的設備與設備之間的干擾，同時，隔離變壓器對于抗共模干擾也有一定作用，隔離變壓器對瞬變脈沖串和雷擊浪涌干擾能起到很好的抑制作用。

1061)隔離變壓器的類型

如圖7-26所示，隔離變壓器的類型有：簡單的隔離變壓器、帶屏蔽層的隔離變壓器、超級隔離變壓器。107（a）簡單的隔離變壓器（b）帶屏蔽層的隔離變壓器初級次級初級次級108（c）超級隔離變壓器（多重隔離變壓器）圖7-26隔離變壓器外殼初級次級初級次級1092)隔離變壓器設計要點

a)一般系統(tǒng)中選用帶屏蔽的隔離變壓器，特殊場合才選用超級隔離變壓器；b)屏蔽層必須接地，屏蔽層的連接線必須粗短而直接，否則在高頻時的共模干擾抑制效果將變差；110c)隔離變壓器初級進線與次級出線要分開布置，不能平行走線，更不能捆在一起，次級出線最好選用雙絞線，加強抗磁場干擾能力；d)隔離變壓器對雷擊浪涌高壓脈沖具有良好的抑制作用，交流電源變壓器加上浪涌抑制器件后就變成防雷變壓器，如圖7-27所示。(下頁)e)與磁環(huán)等配合使用，可以有效的抑制快速瞬變脈沖串干擾；111圖7-27防雷變壓器

圖中避雷器即氣體放電管，浪涌吸收器用壓敏電阻，變壓器帶有屏蔽層，次級側(cè)的電容器可進一步抑制浪涌中的殘留共模噪聲；浪涌吸收器輸入輸出電容避雷器靜電屏蔽層1124.對于電網(wǎng)電壓較長時間的欠電壓、過電壓和電壓波動則需要安裝交流穩(wěn)壓器給機床數(shù)控系統(tǒng)供電，如圖7-28所示。

圖7-28采用交流穩(wěn)壓器供電

L1L2L3N交流穩(wěn)壓電源其它設備機床數(shù)控系統(tǒng)PE1135.感性負載加吸收電路抑制瞬態(tài)噪聲

系統(tǒng)中的感性負載如繼電器、接觸器、電磁閥、電機等在關斷時會產(chǎn)生強烈的脈沖噪聲，影響其他電路的正常工作，必須在感性負載處加吸收電路抑制瞬態(tài)噪聲，其吸收電路的接線法如圖7-29所示。114115（c）三相交流異步電動機并接滅弧器圖7-29感性負載并聯(lián)吸收器件

M3~滅弧器KM116注：根據(jù)不同要求，感性負載兩端也可并聯(lián)電阻、壓敏電阻、穩(wěn)壓管等吸收回路，但R-C吸收回路具有很好的抑制作用，推薦采用R-C（滅弧器）進行吸收，滅弧器應盡量靠近感性負載進行安裝。

1177.4.2信號線的干擾抑制

數(shù)控系統(tǒng)中，各種信號線最容易受到干擾，而引起設備工作不正常。信號傳輸線常采用絕緣隔離、阻抗匹配、平衡傳輸、屏蔽與接地、合理布線等措施來抑制干擾，而信號線采取濾波是抗干擾的另一重要措施

118模擬信號線干擾抑制

1)模擬信號傳輸線，特別容易受外部干擾影響，所以配線應盡可能短，并應使用屏蔽線，如圖7-30所示。

圖7-30變頻器速度調(diào)節(jié)

速度調(diào)節(jié)變頻器（模擬信號公共端）1192)伺服驅(qū)動器或變頻器連接模擬信號輸出設備（數(shù)控裝置）時，有時會由于模擬信號輸出設備或由伺服驅(qū)動器或變頻器產(chǎn)生的干擾引起誤動作，發(fā)生這種情況時，可在外部模擬信號輸出設備連接電容器鐵氧體磁環(huán)。120圖7-31模擬信號線濾波

C鐵氧體磁環(huán)0.022uf/50v伺服驅(qū)動器（變頻器）數(shù)控裝置同相穿過或同相繞2~3圈1213)對變化緩慢的模擬信號可以采用RC低通濾波，如圖7-32所示。

圖7-32RC低通濾波

CR放大電路傳感器1224)用電流傳輸代替電壓在傳輸線上傳輸，然后通過長線終端的并聯(lián)電阻，再變成電壓信號，此時傳輸線一定要屏蔽并“單端接地”，如圖7-33所示。

圖7-33模擬信號電流傳輸伺服驅(qū)動器(變頻器)數(shù)控裝置RD/A1232.數(shù)字信號線干擾抑制

1)由于布線不當，信號環(huán)路面積較大引起數(shù)字信號波形振蕩，可采取串電阻或插入一低通濾波器來抑制，如圖7-34所示。

圖7-34抑制數(shù)字信號振蕩的方法

1242)輸入/輸出傳輸線在連接器端口處應加高頻去耦電容。通常輸入/輸出信號的頻率要低于時鐘頻率，高