1接地技術(shù) 接地技術(shù)最早是應(yīng)用在強(qiáng)電系統(tǒng)(電力系統(tǒng)、輸變電設(shè)備、電氣設(shè)備)中,為了設(shè)備和人身的安全,將接地線直接接在大地上。由于大地的電容非常大,一般情況下可以將大地的電位視為零電位。后來,接地技術(shù)延伸應(yīng)用到弱電系統(tǒng)中。對于電力電子設(shè)備將接地線直接接在大地上或者接在一個作為參考電位的導(dǎo)體上,當(dāng)電流通過該參考電位時,不應(yīng)產(chǎn)生電壓降。然而由于不合理的接地,反而會引入了電磁干擾,比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等,從而導(dǎo)致電力電子設(shè)備工作不正常??梢?,接地技術(shù)是電力電子設(shè)備電磁兼容技術(shù)的重要內(nèi)容之一。 2 接地的種類和目的
電力電子設(shè)備一般是為以下幾種目的而接地: 2.1 安全接地 安全接地即將機(jī)殼接大地。一是防止機(jī)殼上積累電荷,產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全;二是當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而使機(jī)殼帶電時,促使電源的保護(hù)動作而切斷電源,以便保護(hù)工作人員的安全。 2.2 防雷接地 當(dāng)電力電子設(shè)備遇雷擊時,不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊,電力電子設(shè)備都將受到極大傷害。為防止雷擊而設(shè)置避雷針,以防雷擊時危及設(shè)備和人身安全。 上述兩種接地主要為安全考慮,均要直接接在大地上。 2.3 工作接地 工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準(zhǔn)電位。該基準(zhǔn)電位可以設(shè)為電路系統(tǒng)中的某一點、某一段或某一塊等。當(dāng)該基準(zhǔn)電位不與大地連接時,視為相對的零電位。這種相對的零電位會隨著外界電磁場的變化而變化,從而導(dǎo)致電路系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。當(dāng)該基準(zhǔn)電位與大地連接時,基準(zhǔn)電位視為大地的零電位,而不會隨著外界電磁場的變化而變化。但是不正確的工作接地反而會增加干擾。比如共地線干擾、地環(huán)路干擾等。 為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾,使之能相互兼容地工作。根據(jù)電路的性質(zhì),將工作接地分為不同的種類,比如直流地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。上述不同的接地應(yīng)當(dāng)分別設(shè)置。 2.3.1 信號地
信號地是各種物理量的傳感器和信號源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于信號一般都較弱,易受干擾,因此對信號地的要求較高。 2.3.2 模擬地 模擬地是模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于模擬電路既承擔(dān)小信號的放大,又承擔(dān)大信號的功率放大;既有低頻的放大,又有高頻放大;因此模擬電路既易接受干擾,又可能產(chǎn)生干擾。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)更要充分考慮。 2.3.3 數(shù)字地 數(shù)字地是數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài),特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時,易對模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對數(shù)字地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。 2.3.4 電源地 電源地是電源零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于電源往往同時供電給系統(tǒng)中的各個單元,而各個單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別,因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作,又要保證其它單元穩(wěn)定可靠的工作。 2.3.5 功率地 功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動電路的電流較強(qiáng)、電壓較高,所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設(shè)置,以保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。 2.4 屏蔽接地 屏蔽與接地應(yīng)當(dāng)配合使用,才能起到屏蔽的效果。 比如靜電屏蔽。當(dāng)用完整的金屬屏蔽體將帶正電導(dǎo)體包圍起來,在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量的負(fù)電荷,外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的正電荷,因此外側(cè)仍有電場存在。如果將金屬屏蔽體接地,外側(cè)的正電荷將流入大地,外側(cè)將不會有電場存在,即帶正電導(dǎo)體的電場被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。 再比如交變電場屏蔽。為降低交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓,可以在干擾源和敏感電路之間設(shè)置導(dǎo)電性好的金屬屏蔽體,并將金屬屏蔽體接。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地,就能使交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。 上述兩種接地主要為電磁兼容性考慮。 3 接地方式 工作接地按工作頻率而采用以下幾種接地方式: 3.1 單點接地 工作頻率低(<1MHz)的采用單點接地式(即把整個電路系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)點看作接地參考點,所有對地連接都接到這一點上,并設(shè)置一個安全接地螺栓),以防兩點接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個電路的單點接地方式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種,由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合,所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點接地式。 為防止工頻和其它雜散電流在信號地線上產(chǎn)生干擾,信號地線應(yīng)與功率地線和機(jī)殼地線相絕緣。且只在功率地、機(jī)殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連(浮地式除外)。 地線的長度與截面的關(guān)系為: S>0.83L (1) 式中:L——地線的長度,m; S——地線的截面,mm2。 3.2 多點接地 工作頻率高(>30MHz)的采用多點接地式(即在該電路系統(tǒng)中,用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路)。因為接地引線的感抗與頻率和長度成正比,工作頻率高時將增加共地阻。 |