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  所謂電氣隔離，就是將電源與用電回路作電氣上的隔離，即將用電的分支電路與整個(gè)電氣系統(tǒng)隔離，使之成為一個(gè)在電氣上被隔離的、獨(dú)立的不接地安全系統(tǒng)，以防止在裸露導(dǎo)體故障帶電情況下發(fā)生間接觸電危險(xiǎn)。要實(shí)行電氣隔離，必須滿足以下條件： （ 1）每一分支電路使用一臺(tái)隔離變壓器，這種變壓器的耐壓試驗(yàn)電壓，比普通變壓器高，應(yīng)符合Ⅱ級(jí)電工產(chǎn)品（雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣）的要求，也可使用與隔離變壓器的絕緣性能相等的繞制. (二)所謂電氣隔離，就是使兩個(gè)電路之間沒(méi)有電氣上的直接聯(lián)系。即，兩個(gè)電路之間是相互絕緣的。同時(shí)還要保證兩個(gè)電路維持能量傳輸?shù)年P(guān)系。　　普通雙繞組變壓器的一、二次側(cè)所連接的電路之間是絕緣的。因此可以說(shuō)，雙繞組變壓器的一、二次側(cè)所連接的電路處于電氣隔離狀態(tài)。其隔離原理就是變壓器的工作原理，是利用電磁感應(yīng)定律工作的原理。變壓器工作時(shí)，一次繞組通入交流電后，將在其鐵心中產(chǎn)生交變磁通，交變磁通又將在一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)后就可向二次電路提供交流電壓，當(dāng)二次繞組帶負(fù)載后有電流流過(guò)時(shí)，將對(duì)磁路的磁通產(chǎn)生影響，從而引起一次繞組的電流發(fā)生變化。雖然變壓器的一、二次繞組之間沒(méi)有直接的電氣連接，但通過(guò)其磁路中的磁通變化，一次繞組的電能就可以傳輸給二次繞組。這就是變壓器的工作原理，也是其一、二次繞組之間存在電氣隔離的原理。　　電氣隔離的作用主要是減少兩個(gè)不同的電路之間的相互干擾。例如，某個(gè)實(shí)際電路工作的環(huán)境較差，容易造成接地等故障。如果不采用電氣隔離，直接與供電電源連接，一旦該電路出現(xiàn)接地現(xiàn)象，整個(gè)電網(wǎng)就可能受其影響而不能正常工作。采用電氣隔離后，該電路接地時(shí)就不會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的工作，同時(shí)還可通過(guò)絕緣監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)該電路對(duì)地的絕緣狀況，一旦該電路發(fā)生接地，可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒管理人員及時(shí)維修或處理，避免保護(hù)裝置跳閘停電的現(xiàn)象發(fā)生。　　隔離變壓器要根據(jù)電源和實(shí)際設(shè)備的電壓等級(jí)選定，若實(shí)際設(shè)備與電源電壓等級(jí)相同，可以采用變壓比為1的變壓器。但是必須注意，隔離變壓器不能采用自耦變壓器（因?yàn)樽择钭儔浩鞯囊弧⒍卫@組之間本身就存在直接的電氣聯(lián)系，也就是說(shuō)是不絕緣的，因此不能用來(lái)作為電氣隔離用）。對(duì)于安全性能要求較高的場(chǎng)合，可以采用專門的隔離變壓器。一般工業(yè)控制系統(tǒng)既包括弱電控制部分，又包括強(qiáng)電控制部分。為了使兩者之間既保持控制信號(hào)聯(lián)系，又要隔絕電氣方面的聯(lián)系，即實(shí)行弱電和強(qiáng)電隔離，是保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，設(shè)備與操作人員安全的重要措施。 電氣隔離目的之一是從電路上把干擾源和易干擾的部分隔離開(kāi)來(lái)，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)干擾的目的。 一、信號(hào)隔離 信號(hào)的隔離目的之一是把引進(jìn)的干擾通道切斷，使測(cè)控裝置與現(xiàn)場(chǎng)僅保持信號(hào)聯(lián)系，不直接發(fā)生電的聯(lián)系。工控裝置與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間常用的隔離方式有光電隔離、脈沖變壓器隔離、繼電器隔離和布線隔離等。 1．光電隔離 光電隔離是由光電耦合器件來(lái)完成的。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。由于光電耦合器的輸入阻抗（100Ω～1kΩ）與一般干擾源的阻抗（105～106Ω）相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光。另外光電耦合器的隔離電阻很大（約1012Ω）、隔離電容很小（約幾個(gè)pF），所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾，被控設(shè)備的各種干擾很難反饋到輸入系統(tǒng)。 光電耦合器把輸入信號(hào)與內(nèi)部電路隔離開(kāi)來(lái)，或者是把內(nèi)部輸出信號(hào)與外部電路隔離開(kāi)來(lái)，如圖1所示。開(kāi)關(guān)量輸入電路接入光電耦合器后，由于光電耦合器的隔離作用，使夾雜在輸入開(kāi)關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側(cè)。由于光電耦合器不是將輸入側(cè)和輸出側(cè)的電信號(hào)進(jìn)行直接耦合，而是以光為媒介進(jìn)行耦合，具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。目前，大多數(shù)光電耦合器件的隔離電壓都在2.5kV以上，有些器件達(dá)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(dá)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．脈沖變壓器隔離 脈沖變壓器的匝數(shù)較少，而且一次繞組和二次繞組分別繞于鐵氧體磁芯的兩側(cè)，這種工藝使得它的分布電容特小，僅為幾個(gè)pF，所以可作為脈沖信號(hào)的隔離元件。脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號(hào)時(shí)，不傳遞直流分量，plc使用的數(shù)字量信號(hào)輸入／輸出的控制設(shè)備不要求傳遞直流分量，因而在工控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖2是脈沖變壓器的應(yīng)用實(shí)例。電路的外部信號(hào)經(jīng)RC濾波電路和雙向穩(wěn)壓管抑制常模噪聲干擾，然后輸入脈沖變壓器的一次側(cè)。為了防止過(guò)高的對(duì)稱信號(hào)擊穿電路元件，脈沖變壓器的二次側(cè)輸出電壓被穩(wěn)壓管限幅后進(jìn)入測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)部。一般地說(shuō)，脈沖變壓器的信號(hào)傳遞頻率在1kHz～1MHz之間，新型的高頻脈沖變壓器的傳遞頻率可達(dá)到10MHz。 3．繼電器隔離 繼電器的線圈和觸點(diǎn)沒(méi)有電氣上的聯(lián)系，因此，可利用繼電器的線圈接受信號(hào)，利用觸點(diǎn)發(fā)送和輸出控制信號(hào)，從而避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接接觸，實(shí)現(xiàn)了抗干擾隔離。圖3是繼電器輸出隔離的實(shí)例示意圖。在該電路中，通過(guò)繼電器把低壓直流與高壓交流隔離開(kāi)來(lái)，使高壓交流側(cè)的干擾無(wú)法進(jìn)入低壓直流側(cè)。 4．布線隔離 將微弱信號(hào)電路與易產(chǎn)生噪聲污染的電路分開(kāi)布線，最基本的要求是信號(hào)線路必須和強(qiáng)電控制線路、電源線路分開(kāi)走線，而且相互間要保持一定的距離。配線時(shí)應(yīng)區(qū)別分開(kāi)交流線、直流穩(wěn)壓電源線、數(shù)字信號(hào)線、模擬信號(hào)線、感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)線等。配線間隔越大，配線越短，則噪聲影響越小。但是，實(shí)際設(shè)備的內(nèi)外空間是有限的，配線間隔不可能太大，只要能維持最低限度的間隔距離便可。附表列出了信號(hào)線和動(dòng)力線之間應(yīng)保持的最小間距。如果受環(huán)境條件的限制，信號(hào)線不能與高壓線和動(dòng)力線等離得足夠遠(yuǎn)時(shí)，就得采用諸如信號(hào)線路接電容器等各種抑制電磁感應(yīng)噪聲的措施。 二、供電系統(tǒng)的隔離 采用1∶1隔離變壓器供電是傳統(tǒng)的抗干擾措施，對(duì)電網(wǎng)尖峰脈沖干擾有很好的效果。圖4是典型的隔離變壓器原理圖。它抗干擾的原理是一次側(cè)對(duì)高頻干擾呈現(xiàn)很高的阻抗，而位于一次、二次繞組之間的金屬屏蔽層又阻隔了一、二次側(cè)所產(chǎn)生的分布電容，因此一次繞組只有對(duì)屏蔽層的分布電容存在，高頻干擾通過(guò)這個(gè)分布電容而被旁路入地。1∶1隔變效果的好壞，往往取決于屏蔽層的工藝。最好選用0.2mm厚的純銅板材，一次側(cè)、二次側(cè)各加一個(gè)屏蔽層。通常，一次側(cè)的屏蔽層通過(guò)一個(gè)電容器與二次側(cè)的屏蔽層接到一起，再接到二次側(cè)的地上。也可以一次側(cè)的屏蔽層接一次側(cè)的地線，二次側(cè)的屏蔽層接二次側(cè)的地線。并且接地引線的截面積也要大一些好。1∶1隔變還有效地隔離了接地環(huán)路的共模干擾。 1． 交流供電系統(tǒng)的隔離 由于交流電網(wǎng)中存在著大量的諧波、雷擊浪涌、高頻干擾等噪聲，所以對(duì)由交流電源供電的控制裝置和電子電氣設(shè)備，都應(yīng)采取抑制來(lái)自交流電源干擾的措施。采用電源隔離變壓器，可以有效地抑制竄入交流電源中的噪聲干擾。但是，普通變壓器卻不能完全起到抗干擾的作用，這是因?yàn)椋m然一次繞組和二次繞組之間是絕緣的，能夠阻止一次側(cè)的噪聲電壓、電流直接傳輸?shù)蕉蝹?cè)，有隔離作用。然而，由于分布電容（繞組與鐵心之間、繞組之間、層匝之間和引線之間）的存在，交流電網(wǎng)中的噪聲會(huì)通過(guò)分布電容耦合到二次側(cè)。為了抑制噪聲，必須在繞組間加屏蔽層，這樣就能有效地抑制噪聲，消除干擾，提高設(shè)備的電磁兼容性。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(cè)和二次側(cè)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(cè)的對(duì)地電容，則從圖可知二次側(cè)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(cè)和二次側(cè)對(duì)屏蔽層的分布電容，ZE是屏蔽層的對(duì)地阻抗，C2E是二次側(cè)的對(duì)地電容，則從圖可知二次側(cè)的共模噪聲電壓U2C為： U2C＝〔U1CZE／（ZE＋1/jωC10）〕〔C2E/（C20＋C2E）〕 由于C2是屏蔽層的對(duì)地阻抗，在低頻范圍內(nèi)，ZE

  回復(fù)于 2022-12-02 09:39:09