供电系统与模拟信号测量系统的隔离
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。
1. 供电系统的隔离
a. 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,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。
专门抑制噪声的隔离变压器是一种绕组和变压器整体都有屏蔽层的多层屏蔽变压器。这类变压器的结构,铁心材料,形状及其线圈位置都比较特殊,它可以切断高频噪声漏磁通和绕组的交链,从而使差模噪声不易感应到二次侧,故这种变压器既能切断共模噪声电压,又能切断差模噪声电压,是比较理想的隔离变压器。
b. 直流供电系统的隔离
当控制装置和电子电气设备的内部子系统之间需要相互隔离时,它们各自的直流供电电源间也应该相互隔离,其隔离方式如下:第一种是在交流侧使用隔离变压器;第二种是使用直流电压隔离器(即DC/DC变换器)。
2. 模拟信号测量系统的隔离
对于具有直流分量和共模噪声干扰比较严重的场合,在模拟信号的测量中必须采取措施,使输入与输出完全隔离,彼此绝缘,消除噪声的耦合。隔离对系统有如下好处:
——防止模拟系统干扰,尤其是电力系统的接地干扰进入逻辑系统,导致逻辑系统的工作紊乱;
——在精密测量系统中,防止数字系统的脉冲波动干扰进入模拟系统,尤其是前置放大部分,因为前置放大部分的信号非常微弱,较小的骚扰波动信号就会把有用信号淹没。
a. 高电压、大电流信号的隔离
高电压、大电流信号采用互感器隔离,其抑制噪声的原理与隔离变压器类似。
b. 微电压、微电流信号的隔离
微电压、微电流模拟信号的隔离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。一般情况下,对于较小量的共模噪声,采用差动放大器或仪表放大器就能够取得良好的效果,但对于具有较大量的共模噪声,且测量精度要求比较高的场合,应该选择高精度线性隔离放大器,如ISO106,其主要参数如下:
——交流耐压35kV/1min,60Hz;
——直流耐压495kV;
——冲击耐压8kVPK/10s;
——非线性误差%;
——隔离噪声抑制比交流130dB,直流160dB。