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• 關鍵詞：                                                                數控機床                                                                電源故障

• 摘要：由于我國工業用電電網電壓波動較大，由此造成數控系統電源部分故障頻率較高，修理時應足夠地重視起來。電源是電路板的能源供應部分，電源不正常，電路板的工作必然異常。本文對相關故障進行了分析，并提出了相關的抗干擾措施。

由于我國工業用電電網電壓波動較大，由此造成數控系統電源部分故障頻率較高，修理時應足夠地重視起來。電源是電路板的能源供應部分，電源不正常，電路板的工作必然異常。

一、開關電源常見的故障 　　

1、熔絲熔斷 　　如果燒斷時保險管發黑有斑點，說明線路有嚴重短路，它是由于高壓濾波電容擊穿，整流管擊穿等明顯故障原因引起。如果保險管不黑，屬慢慢熔斷，可進行靜態測量。一般是半橋中的一個開關管擊穿或不良。 　　

2、熔絲不斷，輸出無電壓 　　這種情況先檢查有無300V直流電壓。如果沒有，故障發生在逆變之前；如果有300V高壓而無輸出，這時可用示波器檢查開關管集電極有無20kHz波形。如果開關管被擊穿或沒有振起。高頻變壓器開路均可造成逆變停止。另外，逆變電器正常但被后級的過流或過壓電路動作而保護，使輸出無電壓。如果12V檔主輸出電源輸出空載，就會引起過保護而使輸出無電壓。 　　

3、電源輸出電壓不準 　　一般情況下，數控系統各檔穩壓直流電壓的允許電壓范圍為額定值的±5%之內，如果超此范圍，可調整電壓調節電位器。將主輸出電壓檔調至標準值。如果不能調至標準值，可能是電位器壞了或穩壓管壞了。如果只有某一檔電壓偏離較大，則很可能是該檔整流二極管損壞，要盡可能調換同型號的二極管。有時開關電源的負載能力差，也會使輸出電壓降低過大，這可能因參數變化使電路工作點偏離線性區域，如放大環節增益降低，檢測電路處于非線性狀態等。 　　

4、開關電源發出重復地特殊響聲 　　這通常是工作頻率過低所造成，可用示波器檢測脈沖寬度調制器，正常工作時將近20kHz左右。如定時回路電容器容量變大，也會引起振蕩頻率過低，使電源產生特殊的重復的響聲。使開關電源不能正常工作。更換合適的電容即可恢復其正常工作。 　　

二、數控機床抗干擾途徑 　　

1、采用抗干擾的優質電源 　　經驗表明由電源引入的干擾是系統干擾的主要來源，抗干擾性能好的優質電源是提高系統可靠性的關鍵。 　　

2、阻斷噪聲干擾傳遞路徑 　　數控系統使用現場的電磁環境一般較為惡劣，特別是附近大型電氣設備起動及停止時會在公用交流電網和控制回路上產生高頻瞬變噪聲。這些噪聲會通過數控系統的輸入電源竄入系統內部，因此必須采取濾波、隔離、屏蔽和保護等措施將噪聲阻斷在系統外部。 　　

1)使用電源濾波器抑制輸入電源噪聲 　　電源濾波器是抑制電源干擾的有力措施，目前市場上有各種型號規格的濾波器可供選擇。從抗干擾的角度出發，應驗證其插入衰減量是否達到要求。另外，濾波器對噪聲的實際抑制效果還取決于使用方法，應注意以下三點： 　　

a、濾波器要盡量靠近電源輸入插座安裝，進線和出線使用雙絞線并靠近地電位布線，二者一定要分開走線，不能平行走線，更不能捆扎在一起。 　　

b、濾波器的接地電阻應越小越好，最好直接安裝在系統機殼上離系統接地端子最近的位置，這樣能更好的抑制高頻共模噪聲。 　　

c、數控系統內部的伺服電動機驅動器、外圍接口電路和計算機電路的電源可分別用3個濾波器供電，這樣不僅能抑制外部電源干擾，還能抑制各部分之間的相互干擾。 　　

2)采用變比為1∶1的隔離變壓器進行隔離 　　隔離變壓器是在它的初級繞組和次級繞組之間加了一層屏蔽層，并將它和鐵芯一起接地，防止干擾信號通過初次級之間的電路進人直流供電系統。它能有效地抑制由電網侵入的瞬態強脈沖干擾，使得直流或低頻干擾信號不容易通過傳導的方式形成感應噪聲。 　　

3)將電源裝在金屬屏蔽盒內，并與系統內其它部分盡量隔開安裝，可減少噪聲在系統內部的輻射干擾。 　　

4)建立掉電保護功能 　　工業電網的供電不穩定或者系統電源的偶然故障，突然掉電的事故是難免的。這就要求系統在發生掉電時保護好現場的數據，待電壓恢復正常時，便可從掉電處繼續執行程序。系統的掉電保護方案可用帶掉電保護的RAM(如FLASH)或可讀寫EEPROM等來保存系統掉電時的現場數據及標志字。 　　

3、抑制電源工作產生的噪音 　　

1)抑制直流穩壓電源噪聲 　　一部分數控系統的電源(+5V)是由三端集成穩壓器構成的。電路中有TTL器件時，其開關動作時間為5～10ns，在瞬變電流和公共阻抗的作用下，直流電源線上產生開關噪聲。使電路的噪聲容限降低，導致邏輯電路和微處理器誤動作。減小開關噪聲的有效方法是在每個集成電路的電源端與接地端之間接入一個0.01～0.1μF的限噪鉭電容或高頻無感濾波電容，在設計電路板時應將此電容安裝在該集成電路的電源輸入側并盡量縮短電容的配線。 　　

2)抑制開關電源的噪聲 　　目前，開關電源在數控系統中得到廣泛使用。但是開關電源的噪聲大、噪聲頻譜寬及高頻輻射干擾嚴重。這些固有的缺點不能從根本上予以消除，只能使用隔離、濾波和屏蔽等措施來阻斷噪聲的傳輸。具體方法如下： 　　

a.減小開關級晶體管與電源屏蔽殼之間的耦合電容，以減少噪聲的產生; 　　

b.用電感線圈將開關電源機殼與數控系統外殼相連，以減小共模噪聲; 　　

c.在交流電源輸入端接入線路濾波器，不但能抑制共模噪聲和串模噪聲的產生，并且對外部電源噪聲也同樣有效。 　　

d.開關電源有多個負載時，應采取將各負載電路在電源處就分開的布線方法，而不采用在離開開關電源一段距離后再接負載的方法。按后者布線時，分布電容使各負載的線路不平衡，導致形成較大的串模噪聲。另外，電源外殼與負載電路一點接地并且接地阻抗要盡可能小。開關電源到各個負載電路采用雙絞線相連; 　　

e.開關電源需要同時給大功率負載與小信號負載供電，盡管它們的電壓一致，也要分別用兩組獨立的開關電源來供電，這兩組電源的地線要有公共連接點，這樣不會形成公共阻抗，防止兩路負載之間相互影響。 　　

4、合理接地與布線 　　系統中直流電源的工作地應與系統中繼電器、電磁閥及其驅動電源所構成的功率地分開，兩者不可混接。另外、接地電纜應足夠粗，并且電阻要小。布電源線時，應使強電和弱電分開，輸入線與輸出線分開。要根據電流的大小，盡量加粗導線的寬度，使電源線、地線的走向與數據傳輸的方向一致。采取以上方法對數控系統電源部分進行改進設計，有效地消除了干擾的影響，增加了整個數控系統的可靠性。