电气隔离在电气控制线路上应用

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1、电气隔离在电气控制线路上应用　　【摘要】本文笔者主要结合自己的研究，主要以数控机床为例，对电气隔离在电气控制线路上额应用进行分析。【关键字】电气隔离，电气控制线路，应用中图分类号：F406文献标识码：A文章编号：一、前言电气隔离在电气控制线路上的应用十分普遍，同时也非常重要，通过加强对其的研究分析，可以促进其不断地应用，这对于我国在这方面的研究意义重大。二、数控机床控制系统常见干扰综合分析在数控机床电气控制系统的工作环境中，存在一些因自然因素或人为因素产生的电磁干扰信号，这些信号会通过一定途径进入控制系统。可根据干扰源和干

2、扰传播路径的不同，数控机床控制系统的干扰可分两大类：一是系统内部的相互干扰，二是系统外部的干扰。其中，系统内部的控制模块产生的相互干扰主要由接触器、继电器、开关等装置内部的器件引起，可通过系统通道进行干扰(如输入、输出端口)、供电系统干扰(如电源)和空间干扰的方式进入数控机床的控制模块。7例如，接触器的动作会产生两种干扰信号：一是接触器开关触点开、合会在母线上引起含有多种频率分量的衰减震荡波，母线相当于天线，将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，进人数控控制模块后形成干扰。这种干扰与开关所带负载的类型和功率大小有关，一般情况，

3、感性负载、大功率变压器引起的干扰强度更大；二是接触器控制线圈通、断时在线圈两端产生的过电压，通过电源线和输出继电器进入控制系统。系统内其它的强电信号，可通过电源线传输或空间电磁耦合等方式干扰数控系统；三是外部环境，如大电弧电流产生的剧变强电磁场、强大的交变电磁场、大功率的变频器以及雷电等，这些干扰的传播路径主要是空间电磁耦合。三、信号隔离1、光电耦合隔离7光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下，以光为媒介传送信号，对输入和输出电路进行隔离。因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小和耐冲击等

4、好处，使其在强一弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。光电耦合器，是近几年发展起来的一种半导体光电器件，由于它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽、无触点输入与输出以及在电气上完全隔离等特点，而被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光源，输出端配置受光器，因而输入和输出在电气上是完全隔离的。由于光电耦合器的输入阻抗与

5、一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光。另外光电耦合器的隔离电阻很大、隔离电容很小(约几个pF)，所以能阻止电路耦合产生的电磁干扰，被控设备的各种干扰很难反馈到输入系统。光电耦合器把输入信号与内部电路隔离开来，或者是把内部输出信号与外部电路隔离开来。开关量输入电路接入光电耦合器后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。由于光电耦台器不是将输入侧和输出侧的电信号进行直接耦合，而是以光为媒介进行耦合，具有

6、较高的电气隔离和抗干扰能力。目前，大多数光电耦合器件的隔离电压都在2．5kV以上，有些器件达到了8kV，既有高压大电流大功率光电耦合器件，又有高速高频光电耦合器件(频率高达10MHz)。常用的器件如4N25，其隔离电压为5．3kV；6N137，其隔离电压为3kV，频率在10MHz以上。2、脉冲变压器隔离7脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯的两侧，这种工艺使得它的分布电容特小，仅为几个pF，所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时，不传递直流分量，PLC使用的数字量信号输入

7、／输出的控制设备不要求传递直流分量，因而在工控系统中得到了广泛的应用。下图是脉冲变压器的应用实例。电路的外部信号经RC滤波电路和双向稳压管抑制常模噪声干扰，然后输入脉冲变压器的一次侧。为了防止过高的对称信号击穿电路元件，脉冲变压器的二次侧输出电压被稳压管限幅后进入测控系统内部。一般地说，脉冲变压器的信号传递频率在1kHz～1MHz之间，新型的高频脉冲变压器的传递频率可达到10MHz。3、继电器隔离继电器的线圈和触点没有电气上的联系，因此，可利用继电器的线圈接受信号，利用触点发送和输出控制信号，从而避免强电和弱电信号之间的直

8、接接触，实现了抗干扰隔离。下图是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中，通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。4、配线系统隔离7将微弱信号电路与易产生噪声污染的电路分开布线，最基本的要求是信号线路必须和强电控制线路、电源线路分开走线，而且相互间要保持一定的距离。配