數(shù)控系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計 (2)-文庫吧
2024-12-24 14:39 本頁面
【正文】 輸也常需要有一根線接地，作為基準(zhǔn)電位，傳輸信號的大小與該基準(zhǔn)電位相比較。這類地線稱工作地線，在系統(tǒng)中一定要注意工作地線的正確接法，否則非但起不到作用反而可能產(chǎn)生干擾，如共地線阻抗干擾、地環(huán)路干擾、共模電流輻射等等。工作接地方式有浮地、單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。 30 1) 浮地 如圖 79所示，工作地線與金屬機(jī)箱絕緣，工作地線是浮置的，其目的是防止外來共模噪聲對內(nèi)部電子線路的干擾。 31 機(jī)箱 機(jī)箱 機(jī)箱 工作地線 金屬外殼 保護(hù)地線 屏蔽地線 圖 79 浮地方式 32 2) 單點(diǎn)接地 如圖 710所示，單點(diǎn)接地是指一個電路或設(shè)備中，只有一個物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，而其他凡是需要接地的點(diǎn)都被接到這一點(diǎn)上。如果一個系統(tǒng)包含許多設(shè)備，則每個設(shè)備的 “ 地 ” 都是獨(dú)立的，設(shè)備內(nèi)電路采用自已的單點(diǎn)接地，然后整個系統(tǒng)的各個設(shè)備的 “ 地 ” 都連到系統(tǒng)唯一指定的參考點(diǎn)上。設(shè)備內(nèi)部電路的單點(diǎn)接地有串聯(lián)、并聯(lián)、串 —并聯(lián)混合接地三種方式。 33 （ a） 單點(diǎn)串聯(lián)接地方式 （ b） 單點(diǎn)并聯(lián)接地方式 1 2 3 1 2 3 34 （ c） 單點(diǎn)串聯(lián)和并聯(lián)混合接地方式 圖 710 單點(diǎn)接地 噪聲地線 數(shù)字地線 模擬地線 金屬地線 35 單點(diǎn)接地比較簡單，走線和電路圖相似，電路布線時比較容易。其缺點(diǎn)是：地線太長，當(dāng)系統(tǒng)工作頻率很高時，地線阻抗增加，容易產(chǎn)生共地線阻抗干擾，另一方面頻率的升高使地線之間、地線和其他導(dǎo)線之間由于電容耦合、電感耦合產(chǎn)生的相互竄擾大大增加。 36 3) 多點(diǎn)接地 如圖 711所示，多點(diǎn)接地是指設(shè)備（或系統(tǒng)）中的各個接地都直接接到距它最近的接地平面上，以便使接地線的長度為最短，接地平面可以是設(shè)備的底板、專用接地線、甚至是設(shè)備的框架。 37 圖 711 多點(diǎn)接地方式 2 4 1 3 38 多點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)是接線比較簡單，而且在連接地線上出現(xiàn)高頻駐波的現(xiàn)象也明顯減少。但是多點(diǎn)接地系統(tǒng)中的多地線回路對線路的維護(hù)提出了更高的要求。因為設(shè)備本身的腐蝕、沖擊振動和溫度變化等因素都會使接地系統(tǒng)出現(xiàn)高阻抗，而使接地效果變差。 39 4) 混合接地 混合接地是指對系統(tǒng)的各部分工作情況作一個分析，只將那些需要就近接地的點(diǎn)直接（或需要高頻接地的點(diǎn)通過旁路電容）與接地平面相連。而其余各點(diǎn)采用單點(diǎn)接地的辦法。 40 2. 工作接地設(shè)計要點(diǎn) 1) 設(shè)備地線不能布置成封閉的環(huán)狀，一定要留有開口，因為封閉環(huán)在外界電磁場影響下會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而產(chǎn)生電流，電流在地線阻抗上有電壓降，容易導(dǎo)致共阻抗干擾； 41 2) 采用光電耦合、隔離變壓器、繼電器、共模扼流圈等隔離措施，切斷設(shè)備或電路間的地環(huán)路，抑制地環(huán)路引起的共阻抗耦合干擾； 3) 設(shè)備內(nèi)的各種電路如模擬電路、數(shù)字電路、功率電路、噪聲電路等都應(yīng)設(shè)置各自獨(dú)立的地線（分地），最后匯總到一個總的接地點(diǎn)； 42 4) 低頻電路（ f1MHz）一般采用樹杈型放射式的單點(diǎn)接地方式，地線的長度不應(yīng)該超過地線中高頻電流波長（ λ=v/f， λ是地線中高頻信號的波長， v是高頻信號的傳輸速度， f 是高頻信號的頻率）的 1/20即 ιλ/20。較長的地線應(yīng)盡量減小其阻抗，特別是減小電感，例如增加地線的寬度，采用矩形截面導(dǎo)體代替圓導(dǎo)體作地線等； 43 5) 高頻電路（ f1MHz）一般采用平面式多點(diǎn)接地方式，或采用混合接地方式，如工控機(jī)電路底板的工作地線與機(jī)箱采用多點(diǎn)接地方式； 6) 工作地線浮置方式（工作地線與金屬機(jī)箱絕緣）僅適用小規(guī)模設(shè)備（這時電路對機(jī)殼的分布電容較?。┖凸ぷ魉俣容^低的電路（頻率較低），而對于規(guī)模較大、電路較復(fù)雜、工作速度較高的控制設(shè)備不應(yīng)采用浮地方式； 44 7) 機(jī)柜內(nèi)同時裝有多個電氣設(shè)備（或電路單元）的情況下，工作地線、保護(hù)地線和屏蔽地線一般都接至機(jī)柜的中心接地點(diǎn)（接地排），然后接大地，這種接法可使柜體、設(shè)備、機(jī)箱、屏蔽和工作地都保持在同一電位上。 45 屏蔽接地 為了抑制噪聲，電纜、變壓器等的屏蔽層需接地，相應(yīng)的地線稱為屏蔽地線。在低阻抗網(wǎng)絡(luò)中，利用低電阻導(dǎo)體可以降低干擾作用，故低阻抗網(wǎng)絡(luò)常用作電氣設(shè)備內(nèi)部高頻信號的基準(zhǔn)電平（如機(jī)殼或接地板），這種端接點(diǎn)應(yīng)標(biāo)明符號 “ ” ，公共基準(zhǔn)電位的連接應(yīng)使用單獨(dú)點(diǎn)盡可能靠近PE端子直接接地或連接它自己的外部（無噪聲）大地導(dǎo)體端子。設(shè)備中的 “ ” 端子一般作為屏蔽地。 46 1. 屏蔽電纜的選擇 屏蔽電纜的種類很多，一般可分為普通屏蔽線，雙絞屏蔽線，同軸電纜。普通帶編織層的多芯電纜具有電場屏蔽作用，雙絞屏蔽線其總屏蔽層可以抑制電場干擾，雙絞線可以抑制磁場干擾。 47 1) 普通屏蔽線 適用于工作頻率 30KHz以下，特殊情況可用到幾百千赫。 普通屏蔽線用于：輸入 /輸出信號線、模擬信號線、脈沖式接口驅(qū)動器控制信號線（線長 ≤2m）、計算機(jī)串行通訊線（線長 ≤2m）、電源線、電機(jī)強(qiáng)電線。 48 2) 雙絞線和屏蔽雙絞線 適用于工作頻率 100KHz以下，特殊情況可用到幾百千赫，雙絞線具有較好的磁場屏蔽性能。 雙絞線用于：直流電源線、小功率交流電源線（ 1KW）。 屏蔽雙絞線用于：編碼器信號線、高頻信號線、脈沖接口式驅(qū)動器控制信號線（線長 2m），計算機(jī)串行通訊線（線長2m）。 49 3) 同軸電纜 適用于工作頻率 1000MHz以下 4) 雙重屏蔽電纜 4) 雙重屏蔽電纜 在系統(tǒng)中，如果采用一根電纜同時傳輸模擬信號和高頻數(shù)字信號，則必須采用各自屏蔽線外再包一層總屏蔽的雙重屏蔽電纜，這種電纜能防止電纜內(nèi)部信號線間的干擾。 50 2. 屏蔽電纜接地設(shè)計要點(diǎn) 1) 對于低頻電路（ f1MHz），電路通常是單端接地，屏蔽電纜的屏蔽層也應(yīng)單端接地，單端接地對電場起到主動屏蔽的作用，也能起到被動屏蔽作用，但對磁場沒有屏蔽作用。 51 2) 當(dāng)電纜的長度 ι（ λ=v/f,ι是傳輸線中信號的波長， v是信號的傳輸速度， f是信號的頻率）時，則要求單點(diǎn)接地。無論是單芯或是多芯屏蔽電纜，在電源和負(fù)載電路中，一端為接地點(diǎn)，另一端與地絕緣，其中接地點(diǎn)就是屏蔽層的接地。一般均在輸出端接地，不存在接地環(huán)路，屏蔽效果好，這是電纜層屏蔽最佳接地型式；也可在輸入端接地，如圖 71 圖 713所示。 52 53 圖 713 屏蔽層單端接地示例 54 3) 對于高頻電路（ f1MHz），電路通常是雙端接地，屏蔽電纜的屏蔽層也應(yīng)雙端接地，雙端接地能對電場產(chǎn)生屏蔽，對高頻磁場也能產(chǎn)生屏蔽作用。屏蔽的電力電纜的屏蔽層應(yīng)在電纜兩端接地，如圖 71 圖 715所示。 55 圖 714 變頻器電機(jī)電纜屏蔽層雙端接地 56 圖 715 編碼器電纜雙端接地 57 4) 當(dāng)電纜的長度 ι （ λ=c/f）時，則采用多點(diǎn)接地。一般屏蔽層按 的間隔接地，至少應(yīng)該在屏蔽層兩端接地，以降低
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