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步进电机伺服电机的干扰解决办法(MDY)
2018年3月2日

步进电机干扰的解决办法 

   十几年前小编发表过关于步进电机丢步和抗干扰的问题。其实关于丢步,本意是步进电机驱动器没能全部执行上位机发来信号,或者说个别信号脉冲没有被驱动器转变为电脉冲,主要发生于驱动器的运算能力上,现在的芯片处理速度让这种问题不会出现了,大家习惯把机械没有到位都归咎于步进电机的丢步。不能否认伺服电机的闭环效应确实解决了堵转导致的角度没走出来,但是一些场合的干扰问题依然困扰着步进电机和伺服电机,对于干扰,伺服电机除了要解决脉冲信号的干扰问题,还要应对编码器的干扰问题。

干扰源是什么?

    现在我们简单分析一下干扰是怎么产生的。1、大家都知道步进电机伺服电机自身也是干扰源,尤其高压型步进电机的静电是很强的;2、任何通过电流的导线或线圈周围都存在磁场,这是电磁干扰。变频器、电焊、甚至劣质的继电器和劣质的开关电源都是常见的干扰源。

干扰是怎么产生呢?

    正常的方波是规则的

没有被干扰的控制信号方波

产生干扰以后,

控制信号被干扰

干扰的电流可能把高电平叠加更高,

 

脉冲信号高电平被干扰

可能削减更低,也可能让低电平变成高电平。

步进电机信号低电平被干扰

干扰的结果可能是角度走多,也可能走少,甚至没有发脉冲的时候电机自己就转起来。

解决干扰的办法就是从各个环节去切断干扰源。

1、金属外壳

现在步进电机驱动器伺服电机驱动器多采用金属外壳,使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路。反过来,驱动器内部电路产生的电力线也无法外逸去影响外电路。作为金属屏蔽层的外壳,用户还应做好接地

2、信号隔离

电控箱基本都是金属箱体,当有强干扰时,我们要把强干扰源用金属板隔离。
电控箱金属板干扰隔离

3、使用屏蔽线

    电缆屏蔽层有超细的高密度高导通性的金属细线编织成保护层,可以吸收外部辐射的高频电磁场变化,从而起到屏蔽保护的作用,电缆屏蔽层的接地,通常是在信号接收端的单端接地。
    有必要的话电机线也采用屏蔽线,如果不能保证电机线采用屏蔽线,就要注意驱动器的安装尽量靠电控箱的边缘,电机线在电控箱内尽可能短,电机线走线与控制线走向分开


4、减少信号传输的接线端子尖角线头

    减少信号传输的接线端子尖角线头,尽量一根电缆线直接到接收端。信号传输中间的接收端子是一个暴露的干扰吸收“天线”单元,尤其是线头和金属尖角,好像是伸出去的天线,这连接线缆时应尽量没有暴露外翘的线头,做圆滑性处理,在信号传输中应尽力避免线头与尖角。

5、电容滤波

    电容滤波是也是解决干扰的有效方法,但是并不推荐,因为电容的容量是需要计算的。电容滤波是有频段的,很多人以为电容是越大越好,其实不然。一方面每个电容有一定的滤波频段,在以谐振点为中心的一段频段之内有较好的滤波效果,其他部分滤波效果不佳;另一方面大的电容会拉低电压,可能把有效信号脉冲吸收掉。

6、接地

    前面三条都讲到了接地,这里还是有必要单独说一下。笔者曾经到金华调试设备的时候发现干扰问题,旁边点焊一工作,这边电机就自己转起来了,试了很多方法,最后把驱动器和控制器的地线分别引到窗外的水沟里,干扰就彻底解决了。其实接地最难的是强电接地和弱电接地怎么分开。

7、编码器

在强干扰环境下,步进电机编码器,伺服电机编码器也不能幸免。这时候除了线缆用屏蔽线接地,和给编码器罩金属外壳,还要选择合适的编码器型号,因为有的编码器本身就具有更强的抗干扰能力。

8、干扰源的改善

    在一部分场合,这是最有效最彻底的解决方法,相当于斩首行动了。类似于焊机这种设备,干扰强度很难优化,但是可以把控制箱放远一点。其他的干扰源其实没有那么强。不管你信或者不信,事实都摆在那里,不是0.5KW的变频器干扰就一定弱,5KW的的变频器干扰就一定强,也要看品质的。

    另外,大多数人不会相信继电器也会是干扰源,和线圈产生的电磁有关,也和导通瞬间接触不好,若即若离产生脉冲电流有关。

    不了解干扰原理的朋友,可以去了解一下无线充电的原理。

    

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