工业机器人伺服驱动器是一种复杂的电机控制系统,它的设计和应用涉及电磁兼容性(EMC)问题的考虑,这关系到工业机器人在运行中能否稳定高效地工作。伺服驱动器工作于恶劣的电磁环境中,不可避免地会受到电磁干扰(EMI),同时也可能对其他电子设备造成骚扰。因此,为了确保机器人伺服驱动器的可靠性和安全性,必须在设计阶段就全方位考虑EMC问题。
EMC设计包括对EMC标准及试验内容的了解。在中国,可以参考的EMC标准是GB12668.3-2012《调速电气传动系统第3部分:产品电磁兼容性标准及特定的试验方法》。根据使用环境的不同,产品分为一类环境和二类环境。工业机器人伺服驱动器属于工业产品,通常按照二类环境标准要求来定义其EMC测试。EMC试验涉及抗扰度和电磁发射骚扰测试,包括电快速瞬变脉冲群、静电放电、浪涌、射频电磁场辐射、传导骚扰、电压跌落、短时中断等。
在伺服驱动器的设计中,考虑EMC性能需要从元器件选择、电路设计、PCB设计、软件设计、系统结构设计和接地方式选择等方面着手。在元器件选择时,应优先考虑具备良好静电防护性能的器件以及高频信号滤波元器件如铁氧体磁珠。电路设计中需选择合适的滤波元件、开关电源设计以及在外部接口信号加入保护元件如TVS器件。PCB设计上应分离控制电路与驱动电路,并考虑采用多层PCB、优化信号与电源环路、模拟地与数字地分离、高速信号的阻抗匹配、晶振走线、重要信号线的屏蔽等。软件设计上,降低开关频率以及运用冗余技术屏蔽骚扰信号都是改善EMC的有效手段。系统结构设计时,对敏感部分进行屏蔽处理,并保证外壳的可靠接地。接地方式选择中要注意的是选择合适的接地点和尽量缩短接地距离。
在工业现场应用中,电磁骚扰可能引起工业机器人驱动器的不稳定运行,导致效率低下和额外成本。为了提高现场伺服驱动器的EMI抑制措施,可采取滤波法、接地法、屏蔽法和隔离法。滤波法通过在电源端增加电抗器和EMI滤波器以降低谐波,减少电源传导骚扰。接地法要求电气柜内具有公共接地点,并确保所有伺服驱动器通过短而粗的接地线连接到公共接地点。屏蔽法要求使用屏蔽电缆和带屏蔽的双绞线抑制电磁波的辐射和传导。隔离法则是将电机动力线与其他弱电信号线分开走线,以降低干扰。
为确保工业机器人伺服驱动器的EMC性能,必须在设计阶段就考虑EMC问题,并在产品批量生产前解决这些问题,以避免未来增加不必要的成本。在实际的工业现场应用中,合理运用滤波、接地、屏蔽和隔离等方法,能够显著提升工业机器人伺服驱动器的稳定性和可靠性。这些设计和应用要点不仅对伺服驱动器产品具有实用参考价值,也是提升整个工业机器人系统性能的重要基础。