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大功率电器的知识:电子电气设备的电路隔离技术
添加时间:2022-08-28

1 引言

电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断,从而达到抑制噪声干扰的效果。在采用了电路隔离的措施以后,绝大多数电路都能够取得良好的抑制噪声的效果,使设备符合电磁兼容性的要求。电路隔离主要有:模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。所使用的隔离方法有:变压器隔离法、脉冲变压器隔离法、继电器隔离法、光电耦合器隔离法、直流电压隔离法、线性隔离放大器隔离法、光纤隔离法、A/D转换器隔离法等。

数字电路的隔离主要有:脉冲变压器隔离、继电器隔离、光电耦合器隔离、光纤隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离;而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离、高频变压器隔离(个别情况下采用)。

模拟电路的隔离比较复杂,主要取决于对传输通道的精度要求,对精度要求越高,其通道的成本也就越高;然而,当性能的要求上升为主要矛盾时,应当以性能为主选择隔离元器件,把成本放在第二位;反之,应当从价格的角度出发选择隔离元器件。模拟电路的隔离主要采用变压器隔离、互感器隔离、直流电压隔离器隔离、线性隔离放大器隔离。

模拟电路与数字电路之间的隔离主要采用模/数转换装置;对于要求较高的电路,除采用模/数转换装置外,还应在模/数转换装置的两端分别加入模拟隔离元器件和数字隔离元器件。

2 模拟电路的隔离

一套控制装置或者一台电子电气设备,通常包含供电系统,模拟信号测量系统,模拟信号控制系统。而供电系统又可分为交流供电系统和直流供电系统,交流供电系统主要采用变压器隔离,直流供电系统主要采用直流电压隔离器隔离。模拟信号测量系统相对来说比较复杂,既要考虑其精度,频带宽度的因素,又要考虑其价格因素;对于高电压、大电流信号,一般采用互感器(电压互感器、电流互感器)隔离法,近年来,又出现了霍尔变送器,这些元器件都是高电压、大电流信号测量常规使用的元器件;对于微电压、微电流信号,一般采用线性隔离放大器。模拟信号控制系统与模拟信号测量系统的隔离类似,一般采用变压器、直流电压隔离器。

2.1 供电系统的隔离

2.1.1 交流供电系统的隔离

由于交流电网中存在着大量的谐波,雷击浪涌,高频干扰等噪声,所以对由交流电源供电的控制装置和电子电气设备,都应采取抑制来自交流电源干扰的措施。采用电源隔离变压器,可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。但是,普通变压器却不能完全起到抗干扰的作用,这是因为,虽然一次绕组和二次绕组之间是绝缘的,能够阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧,有隔离作用。然而,由于分布电容(绕组与铁心之间,绕组之间,层匝之间和引线之间)的存在,交流电网中的噪声会通过分布电容耦合到二次侧。为了抑制噪声,必须在绕组间加屏蔽层,这样就能有效地抑制噪声,消除干扰,提高设备的电磁兼容性。图1(a)、(b)所示为不加屏蔽层和加屏蔽层的隔离变压器分布电容的情况。