工控系統(tǒng)的電源抗干擾技術(shù)分析
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。它抗干擾的原理是原邊對(duì)高頻干擾呈現(xiàn)很高的阻抗,而位于原邊、副邊繞組之間的金屬屏蔽層又阻隔了原、副邊所產(chǎn)生的分布電容,因此原邊繞組只有對(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。
圖4 1∶1隔離變壓器屏蔽及接地方式圖 a. 單屏蔽層 b.雙屏蔽層
1∶1隔變效果的好壞,往往取決于屏蔽層的工藝。最好選用0.2 mm 厚的紫銅板材,原邊、副邊各加一個(gè)屏蔽層。通常,原邊的屏蔽層通過(guò)一個(gè)電容器與副邊的屏蔽層接到一起,再接到副邊的地上。也可以原邊的屏蔽層接原邊的地線,副邊的屏蔽層接副邊的地線。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,是個(gè)好辦法,只是體積較大。
2.3 吸收法
就是使用一種新型高效的器件TVS(Transient Voltage Suppressor) 吸收工業(yè)控制機(jī)電源進(jìn)線上的尖峰脈沖。TVS又稱TVP,中文譯作瞬變電壓抑制器。TVP事實(shí)上是一種特殊的穩(wěn)壓二極管。當(dāng)它的兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí),它能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變?yōu)榈妥杩梗找粋€(gè)瞬間大電流,從而把它的兩端電壓箝制在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上,保護(hù)了后面的電路元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的沖擊。正因?yàn)槿绱耍浞览仔Ч埠芎?。圖5示出了它的伏-安特性曲線。TVP管和穩(wěn)壓管一樣,是反向應(yīng)用的。其中VR稱為最大轉(zhuǎn)折電壓,是反向擊穿之前的臨界狀態(tài)。VB是擊穿電壓,其對(duì)應(yīng)的反向電流IT一般取值為1 mA。VC是最大箝位電壓,當(dāng)TVP管中流過(guò)峰值電流為Ipp的大電流時(shí),管子兩端電壓就不再上升了。因此TVP管始終把被保護(hù)的器件或設(shè)備的端口電壓限制在VB~VC的有效區(qū)內(nèi)。與穩(wěn)壓管不同的是,Ipp的數(shù)值可達(dá)數(shù)百安培,箝位響應(yīng)時(shí)間僅為1×10-12S。TVP最大允許脈沖功率PM=VC·Ipp。TVP管的PM分為四個(gè)檔次,即500 W、1000 W、1500 W和5000 W。圖6是TVP用于普通電源進(jìn)線的原理圖。這里采用的是雙向TVP管。它對(duì)于電網(wǎng)的尖峰脈沖電壓和雷電疊加電壓等等干擾超過(guò)其額定的VC數(shù)值量,都能有效的吸收。在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信和儀器儀表之中。過(guò)去使用的壓敏電阻器,它的響應(yīng)時(shí)間慢,通常為5×10-9S,它的使用溫度范圍窄,漏電流大,吸收電流小,并且體積也較大,因此已逐步被TVP取代。TVP的用途很多,它還可用作計(jì)算機(jī)通信口的防雷以及各種大功率器件的保護(hù)和吸收電路。還可以用作計(jì)算機(jī)直流電源的過(guò)壓保護(hù)和主機(jī)防雷保護(hù)。
圖6 TVP管電源過(guò)壓保護(hù)及尖峰抑制電路 a.常用電路 b.全保護(hù)電路
2.4 回避法
就是拉專線供電方法。對(duì)于大型動(dòng)力設(shè)備集中且干擾很大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),應(yīng)當(dāng)盡量少使用現(xiàn)場(chǎng)工頻電源。采用非動(dòng)力供電線路供電或者直接從非動(dòng)力低壓變壓器“根部”拉專線供電的辦法,避開大負(fù)荷動(dòng)力線,減少電網(wǎng)干擾。這個(gè)方法很有效。因?yàn)殡娏?dǎo)線存在電阻,大量的動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行和啟停,在這個(gè)電阻上產(chǎn)生壓降而成為強(qiáng)烈的干擾。尤其是尖峰脈沖干擾,在動(dòng)力變壓器根部明顯減小,而在非動(dòng)力變壓器的低壓輸出根部,幾乎不存在。這在很多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)都很實(shí)用。
2.5 其它方法
采用電源凈化器、鐵磁諧振交流穩(wěn)壓器、在線式UPS 等抗尖峰脈沖干擾效果都很好,只是體積大,價(jià)格貴。
3 工業(yè)控制機(jī)直流電源過(guò)壓、欠壓保護(hù)技術(shù)
前述的大量的抗干擾措施,都是在進(jìn)入直流電源前的處理措施。工業(yè)控制機(jī)成年累月地運(yùn)行,其直流電源本身也會(huì)受到干擾或者出故障,或者負(fù)載發(fā)生短路等等。這些都會(huì)使工業(yè)控制機(jī)出錯(cuò)造成事故。直流電源出故障的主要特征是輸出電壓不穩(wěn)定、欠壓或者掉電,而輸出過(guò)壓相對(duì)較少。直流電源的不穩(wěn)定實(shí)際是反復(fù)的欠壓過(guò)程,它直接干擾CPU或者外設(shè)接口的正常工作。而過(guò)壓可能造成工業(yè)控制機(jī)的損壞。
評(píng)論