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伺服电机出现干扰现象的原因(LHL)
2024年11月22日

伺服电机出现干扰现象主要有以下几个原因:


一、电磁干扰方面


  1. 外部电磁源干扰

    • 附近设备的电磁辐射:在工业环境中,伺服电机常常与其他设备一起工作,如变频器、高频焊接设备、大型电机等。这些设备在运行过程中会产生强大的电磁辐射。例如,变频器通过改变电源频率来控制电机速度,其工作过程中会产生高频谐波。当这些谐波以电磁辐射的形式传播到伺服电机及其控制系统时,就会干扰伺服电机的正常信号。高频焊接设备工作时产生的高频电磁场强度更大,其频率范围可能从几 kHz 到几百 kHz,很容易干扰伺服电机的控制信号和反馈信号。

    • 电网中的电磁干扰:电网中存在各种干扰,如雷击引起的浪涌、开关操作产生的瞬态脉冲等。雷击产生的浪涌电压可能高达数千伏,这些高能量的浪涌脉冲会沿着电源线进入伺服电机系统。开关操作(如大型电机的启动和停止)产生的瞬态脉冲虽然能量相对较低,但频率较高,也会对伺服电机的电源线路造成干扰,影响电机的正常运行。

  2. 电机内部电磁干扰

    • 电机绕组磁场变化:伺服电机在运行过程中,绕组中的电流会产生磁场。当电机加速、减速或负载变化时,绕组电流发生变化,磁场也随之改变。这种磁场的变化会在电机内部产生感应电动势,根据电磁感应定律(其中为感应电动势,为线圈匝数,为磁通量的变化率),感应电动势可能会对电机内部的控制线路和反馈线路产生干扰。特别是在高速运转或频繁启停的情况下,磁场变化剧烈,干扰更为明显。

    • 电刷(如果是有刷电机)产生的干扰:有刷伺服电机在电刷和换向器之间会产生火花。火花产生的瞬间,会释放出高频电磁波,这些电磁波会干扰电机周围的电子设备和电机自身的控制电路。例如,在一些对电磁干扰敏感的自动化设备中,有刷伺服电机产生的电刷火花干扰可能会导致设备的控制精度下降。


二、信号传输干扰


  1. 信号线布线问题

    • 布线不合理:如果伺服电机的控制信号线和动力线没有分开敷设,动力线中的大电流产生的磁场会对信号线造成干扰。例如,当动力线中的交流电流通过时,会在周围产生交变磁场,根据电磁感应原理,靠近的信号线会感应出干扰电压。另外,信号线如果与电源线平行敷设且距离过近,电源线中的高频谐波也会耦合到信号线中,干扰信号传输。

    • 线路破损或老化:信号线的绝缘层破损或者老化会导致信号泄漏和外部干扰的侵入。例如,信号线长期使用后,其绝缘层可能会出现龟裂,外界的电磁干扰就会通过这些裂缝进入信号线,影响信号的完整性。同时,破损的信号线也可能会导致信号短路或者接地故障,使电机接收到错误的信号。

  2. 信号接地问题

    • 接地不良:伺服电机及其控制系统需要良好的接地来保证信号的稳定性。如果接地电阻过大或者接地线路松动,会导致信号地电位不稳定。例如,当电机的驱动器和电机本体的接地不良时,外部干扰信号就更容易进入系统,并且系统内部产生的干扰也无法有效地通过接地释放。在一些复杂的工业环境中,由于接地系统混乱或者接地桩腐蚀等原因,很容易出现接地不良的情况。

    • 多点接地导致的地环路干扰:如果系统存在多个接地点,可能会形成地环路。地环路就像一个天线,会接收周围的电磁干扰,并将干扰电流引入系统。例如,伺服电机的驱动器在控制柜中有一个接地点,电机本身在设备底座又有一个接地点,当两个接地点之间存在电位差时,就会形成地环路,干扰信号通过地环路在系统中传播,影响电机的正常运行。


三、机械振动和噪声干扰


  1. 电机自身振动干扰:伺服电机在运行过程中会产生振动,特别是在高速运转或负载不均匀的情况下。这种振动可能会导致电机内部的连接部件松动,如电路板上的元件引脚松动、接线端子松动等。一旦连接部件松动,信号传输就会受到影响,产生干扰信号。例如,电机内部的编码器连接线路松动,会使编码器的反馈信号出现波动,干扰电机的控制精度。

  2. 外部机械振动和噪声干扰:如果伺服电机安装在振动较大的设备上,或者周围环境噪声较大,也会对电机产生干扰。例如,在一些冲压设备旁边安装的伺服电机,冲压过程中产生的强烈振动可能会通过设备的安装底座传递到电机上,使电机内部的传感器(如加速度传感器、位移传感器等)产生错误的信号,进而干扰电机的正常运行。同时,周围环境中的高强度噪声可能会掩盖电机运行过程中的一些异常声音,使维护人员难以及时发现电机的故障隐患。




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