一(yi)般(ban)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)既(ji)包(bao)括(kuo)弱(ruo)電(dian)控(kong)製(zhi)部(bu)分(fen),又(you)包(bao)括(kuo)強(qiang)電(dian)控(kong)製(zhi)部(bu)分(fen)。為(wei)了(le)使(shi)兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)既(ji)保(bao)持(chi)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)聯(lian)係(xi),又(you)要(yao)隔(ge)絕(jue)電(dian)氣(qi)方(fang)麵(mian)的(de)聯(lian)係(xi),即(ji)實(shi)行(xing)弱(ruo)電(dian)和(he)強(qiang)電(dian)隔(ge)離(li),是(shi)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding),設(she)備(bei)與(yu)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)安(an)全(quan)的(de)重(zhong)要(yao)措(cuo)施(shi)。 電氣隔離目的之一是從電路上把幹擾源和易幹擾的部分隔離開來,從而達到隔離現場幹擾的目的。 一、信號隔離 信xin號hao的de隔ge離li目mu的de之zhi一yi是shi把ba引yin進jin的de幹gan擾rao通tong道dao切qie斷duan,使shi測ce控kong裝zhuang置zhi與yu現xian場chang僅jin保bao持chi信xin號hao聯lian係xi,不bu直zhi接jie發fa生sheng電dian的de聯lian係xi。工gong控kong裝zhuang置zhi與yu現xian場chang信xin號hao之zhi間jian常chang用yong的de隔ge離li方fang式shi有you光guang電dian隔ge離li、脈衝變壓器隔離、繼電器隔離和布線隔離等。 1.光電隔離 guangdiangelishiyouguangdianouheqijianlaiwanchengde。qishuruduanpeizhifaguangyuan,shuchuduanpeizhishouguangqi,yinershuruheshuchuzaidianqishangshiwanquangelide。youyuguangdianouheqideshuruzukang(100Ω~1kΩ)與一般幹擾源的阻抗(105~106Ω)相(xiang)比(bi)較(jiao)小(xiao),因(yin)此(ci)分(fen)壓(ya)在(zai)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)幹(gan)擾(rao)電(dian)壓(ya)較(jiao)小(xiao),它(ta)所(suo)能(neng)提(ti)供(gong)的(de)電(dian)流(liu)並(bing)不(bu)大(da),不(bu)易(yi)使(shi)半(ban)導(dao)體(ti)二(er)極(ji)管(guan)發(fa)光(guang)。另(ling)外(wai)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)電(dian)阻(zu)很(hen)大(da)(約1012Ω)、隔離電容很小(約幾個pF),所以能阻止電路性耦合產生的電磁幹擾,被控設備的各種幹擾很難反饋到輸入係統。 光電耦合器把輸入信號與內部電路隔離開來,或者是把內部輸出信號與外部電路隔離開來,如圖1所suo示shi。開kai關guan量liang輸shu入ru電dian路lu接jie入ru光guang電dian耦ou合he器qi後hou,由you於yu光guang電dian耦ou合he器qi的de隔ge離li作zuo用yong,使shi夾jia雜za在zai輸shu入ru開kai關guan量liang中zhong的de各ge種zhong幹gan擾rao脈mai衝chong都dou被bei擋dang在zai輸shu入ru回hui路lu的de一yi側ce。由you於yu光guang電dian耦ou合he器qi不bu是shi將jiang輸shu入ru側ce和he輸shu出chu側ce的de電dian信xin號hao進jin行xing直zhi接jie耦ou合he,而er是shi以yi光guang為wei媒mei介jie進jin行xing耦ou合he,具ju有you較jiao高gao的de電dian氣qi隔ge離li和he抗kang幹gan擾rao能neng力li。
 目前,大多數光電耦合器件的隔離電壓都在2.5kV以上,有些器件達到了8kV,既有高壓大電流大功率光電耦合器件,又有高速高頻光電耦合器件(頻率高達10MHz)。常用的器件如4N25,其隔離電壓為5.3kV;6N137,其隔離電壓為3kV,頻率在10MHz以上。 2.脈衝變壓器隔離 脈衝變壓器的匝數較少,而且一次繞組和二次繞組分別繞於鐵氧體磁芯的兩側,這種工藝使得它的分布電容特小,僅為幾個pF,所以可作為脈衝信號的隔離元件。脈衝變壓器傳遞輸入、輸出脈衝信號時,不傳遞直流分量,PLC使用的數字量信號輸入/輸出的控製設備不要求傳遞直流分量,因而在工控係統中得到了廣泛的應用。
 圖2是脈衝變壓器的應用實例。電路的外部信號經RC濾波電路和雙向穩壓管抑製常模噪聲幹擾,然後輸入脈衝 bianyaqideyicice。weilefangzhiguogaodeduichengxinhaojichuandianluyuanjian,maichongbianyaqideerciceshuchudianyabeiwenyaguanxianfuhoujinrucekongxitongneibu。yibandishuo,maichongbianyaqidexinhaochuandipinlvzai1kHz~1MHz之間,新型的高頻脈衝變壓器的傳遞頻率可達到10MHz。 3.繼電器隔離 繼ji電dian器qi的de線xian圈quan和he觸chu點dian沒mei有you電dian氣qi上shang的de聯lian係xi,因yin此ci,可ke利li用yong繼ji電dian器qi的de線xian圈quan接jie受shou信xin號hao,利li用yong觸chu點dian發fa送song和he輸shu出chu控kong製zhi信xin號hao,從cong而er避bi免mian強qiang電dian和he弱ruo電dian信xin號hao之zhi間jian的de直zhi接jie接jie觸chu,實shi現xian了le抗kang幹gan擾rao隔ge離li。
 圖3是(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)輸(shu)出(chu)隔(ge)離(li)的(de)實(shi)例(li)示(shi)意(yi)圖(tu)。在(zai)該(gai)電(dian)路(lu)中(zhong),通(tong)過(guo)繼(ji)電(dian)器(qi)把(ba)低(di)壓(ya)直(zhi)流(liu)與(yu)高(gao)壓(ya)交(jiao)流(liu)隔(ge)離(li)開(kai)來(lai),使(shi)高(gao)壓(ya)交(jiao)流(liu)側(ce)的(de)幹(gan)擾(rao)無(wu)法(fa)進(jin)入(ru)低(di)壓(ya)直(zhi)流(liu)側(ce)。 4.布線隔離 將微弱信號電路與易產生噪聲汙染的電路分開布線,最基本的要求是信號線路必須和強電控製線路、電源線路分開走線,而且相互間要保持一定的距離。配線時應區別分開交流線、直流穩壓電源線、數字信號線、模擬信號線、ganxingfuzaiqudongxiandeng。peixianjiangeyueda,peixianyueduan,zezaoshengyingxiangyuexiao。danshi,shijishebeideneiwaikongjianshiyouxiande,peixianjiangebukenengtaida,zhiyaonengweichizuidixiandudejiangejulibianke。
 附(fu)表(biao)列(lie)出(chu)了(le)信(xin)號(hao)線(xian)和(he)動(dong)力(li)線(xian)之(zhi)間(jian)應(ying)保(bao)持(chi)的(de)最(zui)小(xiao)間(jian)距(ju)。如(ru)果(guo)受(shou)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)的(de)限(xian)製(zhi),信(xin)號(hao)線(xian)不(bu)能(neng)與(yu)高(gao)壓(ya)線(xian)和(he)動(dong)力(li)線(xian)等(deng)離(li)得(de)足(zu)夠(gou)遠(yuan)時(shi),就(jiu)得(de)采(cai)用(yong)諸(zhu)如(ru)信(xin)號(hao)線(xian)路(lu)接(jie)電(dian)容(rong)器(qi)等(deng)各(ge)種(zhong)抑(yi)製(zhi)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)噪(zao)聲(sheng)的(de)措(cuo)施(shi)。 二、供電係統的隔離 采用1∶1隔離變壓器供電是傳統的抗幹擾措施,對電網尖峰脈衝幹擾有很好的效果。
 圖4是典型的隔離變壓器原理圖。它抗幹擾的原理是一次側對高頻幹擾呈現很高的阻抗,而位於一次、二次繞組之間的金屬屏蔽層又阻隔了一、二次側所產生的分布電容,因此一次繞組隻有對屏蔽層的分布電容存在,高頻幹擾通過這個分布電容而被旁路入地。1∶1隔變效果的好壞,往往取決於屏蔽層的工藝。最好選用0.2mm厚的純銅板材,一次側、二(er)次(ci)側(ce)各(ge)加(jia)一(yi)個(ge)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)。通(tong)常(chang),一(yi)次(ci)側(ce)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)器(qi)與(yu)二(er)次(ci)側(ce)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)接(jie)到(dao)一(yi)起(qi),再(zai)接(jie)到(dao)二(er)次(ci)側(ce)的(de)地(di)上(shang)。也(ye)可(ke)以(yi)一(yi)次(ci)側(ce)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)接(jie)一(yi)次(ci)側(ce)的(de)地(di)線(xian),二(er)次(ci)側(ce)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)接(jie)二(er)次(ci)側(ce)的(de)地(di)線(xian)。並(bing)且(qie)接(jie)地(di)引(yin)線(xian)的(de)截(jie)麵(mian)積(ji)也(ye)要(yao)大(da)一(yi)些(xie)好(hao)。1∶1隔變還有效地隔離了接地環路的共模幹擾。 1. 交流供電係統的隔離 由於交流電網中存在著大量的諧波、雷擊浪湧、高gao頻pin幹gan擾rao等deng噪zao聲sheng,所suo以yi對dui由you交jiao流liu電dian源yuan供gong電dian的de控kong製zhi裝zhuang置zhi和he電dian子zi電dian氣qi設she備bei,都dou應ying采cai取qu抑yi製zhi來lai自zi交jiao流liu電dian源yuan幹gan擾rao的de措cuo施shi。采cai用yong電dian源yuan隔ge離li變bian壓ya器qi,可ke以yi有you效xiao地di抑yi製zhi竄cuan入ru交jiao流liu電dian源yuan中zhong的de噪zao聲sheng幹gan擾rao。但dan是shi,普pu通tong變bian壓ya器qi卻que不bu能neng完wan全quan起qi到dao抗kang幹gan擾rao的de作zuo用yong,這zhe是shi因yin為wei,雖sui然ran一yi次ci繞rao組zu和he二er次ci繞rao組zu之zhi間jian是shi絕jue緣yuan的de,能neng夠gou阻zu止zhi一yi次ci側ce的de噪zao聲sheng電dian壓ya、電流直接傳輸到二次側,有隔離作用。然而,由於分布電容(繞組與鐵心之間、繞組之間、層匝之間和引線之間)的(de)存(cun)在(zai),交(jiao)流(liu)電(dian)網(wang)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)會(hui)通(tong)過(guo)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)耦(ou)合(he)到(dao)二(er)次(ci)側(ce)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng),必(bi)須(xu)在(zai)繞(rao)組(zu)間(jian)加(jia)屏(ping)蔽(bi)層(ceng),這(zhe)樣(yang)就(jiu)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng),消(xiao)除(chu)幹(gan)擾(rao),提(ti)高(gao)設(she)備(bei)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)。
 圖5a、5b所示為不加屏蔽層和加屏蔽層的隔離變壓器分布電容的情況。在圖5a中,隔離變壓器不加屏蔽層,C12是一次側和二次側之間的分布電容,在共模電壓U1C的作用下,二次繞組所耦合的共模噪聲電壓為U2C,C2E是二次側的對地電容,則從圖可知二次側的共模噪聲電壓U2C為: U2C=U1CC12/(C12+C2E) 在圖5b中,隔離變壓器加屏蔽層,其中C10、C20分別代表一次側和二次側對屏蔽層的分布電容,ZE是屏蔽層的對地阻抗,C2E是二次側的對地電容,則從圖可知二次側的共模噪聲電壓U2C為: U2C=〔U1CZE/(ZE+1/jωC10)〕〔C2E/(C20+C2E)〕 由於C2是屏蔽層的對地阻抗,在低頻範圍內,ZE<<(1/jωC10),所以U2C→0。由此可見,采取屏蔽措施後,通過隔離變壓器的共模噪聲電壓被大大地削弱了。
 圖6所suo示shi為wei交jiao流liu電dian源yuan抗kang幹gan擾rao的de綜zong合he方fang案an。為wei了le將jiang測ce控kong係xi統tong和he供gong電dian電dian網wang電dian源yuan隔ge離li開kai,消xiao除chu因yin公gong共gong電dian阻zu引yin起qi的de耦ou合he,減jian少shao負fu載zai波bo動dong的de影ying響xiang,同tong時shi也ye為wei了le安an全quan,常chang常chang在zai電dian源yuan變bian壓ya器qi和he低di通tong濾lv波bo器qi之zhi前qian增zeng加jia一yi個ge1∶1的隔離變壓器。 目前,國外已研製成功了專門抑製噪聲的隔離變壓器(簡稱NCT),這是一種繞組和變壓器整體都有屏蔽層的多層屏蔽變壓器。這類變壓器的結構,鐵心材料、形(xing)狀(zhuang)及(ji)其(qi)線(xian)圈(quan)位(wei)置(zhi)都(dou)比(bi)較(jiao)特(te)殊(shu),它(ta)可(ke)以(yi)切(qie)斷(duan)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)漏(lou)磁(ci)通(tong)和(he)繞(rao)組(zu)的(de)交(jiao)鏈(lian),從(cong)而(er)使(shi)差(cha)模(mo)噪(zao)聲(sheng)不(bu)易(yi)感(gan)應(ying)到(dao)二(er)次(ci)側(ce),故(gu)這(zhe)種(zhong)變(bian)壓(ya)器(qi)既(ji)能(neng)切(qie)斷(duan)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya),又(you)能(neng)切(qie)斷(duan)差(cha)模(mo)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya),是(shi)比(bi)較(jiao)理(li)想(xiang)的(de)隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)。 2.直流供電係統的隔離 當控製裝置和電子電氣設備的內部子係統之間需要相互隔離時,它們各自的直流供電電源間也應該相互隔離,其隔離方式如下:第一種是在交流側使用隔離變壓器,如圖7a所示;第二種是使用直流電壓隔離器(即DC/DC變換器),如圖7b所示。
 采用了電氣隔離的措施以後,絕大多數電路都能夠取得良好的抑製噪聲的效果,使設備符合電磁兼容性的要求。
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