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接地回路的简介

2023-05-08 14:59:54 Terry Nagy 阅读:
不正确的接地会在数据记录、数据采集以及测量和控制系统中产生问题。

大多数工作者已经知道,正确接地是各种电气设备的基本安全预防措施。然而,鲜为人知的是,虽然接地可以防止和解决许多安全和电力问题,但不正确的接地会在数据记录、数据采集以及测量和控制系统中产生问题。最常见的问题之一就是所谓的接地回路反馈,这是一种电气现象,当系统及其外围设备中的不同电路具有不同的连接或返回接地的路径时,通常会产生这种现象。此外,这可能是一个季节性问题,问题会根据气候条件的变化而变化。Kdbednc

接地回路反馈的解释

接地回路反馈是一种经常遇到的布线问题,当两个或多个连接的电气设备有多个接地路径时,就会出现这种情况。这些路径一起形成一个回路。流经回路的电场和磁场会产生意外的电流和电压。或者由于接地路径中的电流和电阻,不同设备的接地点可能不处于相同的电位电压。最终结果是,虽然人们认为设备具有相同的接地参考点,但事实是它们没有,并且这种差异可能表现为测量值中的简单偏移,或表现为破坏设备正常工作的信号噪声。Kdbednc

无论是使用不同的安全接地点,还是安全接地点和大地,最常见的示例之一是由电源(60Hz)的交流电在接地回路中感应的电流引起的蜂鸣声/嗡嗡声。在视频应用中,用户会注意到屏幕上以条纹形式出现的这种反馈,而计算机和网络用户可能会遇到关机或数据通信的中断情况。收集数据的工程师和技术人员经常发现,他们的读数和数据显示的偏移量可能会随时间或测量值中存在的噪声而变化。在最坏的情况下,这可能会导致运营的中断,因为许多企业严重依赖PLC和测量系统进行过程和机器控制、质量控制,最终测试等。然而,接地回路经常能从故障排除调查中逃脱,并且在许多安装中也同样被忽视了,后来当电气配置或环境条件发生变化时就会出现。Kdbednc

计算机、数据记录器和数据采集/控制系统通常通过它们的交流电源和插头上的接地引脚连接到地面,插头上的接地引脚插入墙上的插座,共用公共建筑物布线中的地线。这些设备也可以通过数据通信电缆相互连接。以太网的电缆非常适合保持接地隔离,但串行通信电缆(例如RS232)有自己的接地导体。现在,如果将计算机插在建筑物某个区域的插座,而它所连接的RS232设备位于建筑物的不同区域,就会产生多路径连接和接地回路。Kdbednc

另一个例子是一台控制制造设备的计算机。计算机可能插在标准的110V 交流插座上,但制造机器可能需要220或480V交流电,因此它由与计算机不同的断路器面板供电。每个断路器面板都可以有自己的本地接地桩。理想情况下,这些接地桩应该在接地线上没有电阻,也没有电压降。然而,我们已经看到过这样的情况,无论出于何种原因,在通往本地接地的路径中存在电阻。这可能是其中一根地线的连接不良,或者可能是在一年中的某些时候,地桩周围的区域变得非常干燥,并且对真正的大地接地有一些非零电阻。其结果是,计算机和它所控制的机器不共享同一个实质的地线,这可能导致不稳定的操作,甚至完全停工。Kdbednc

接地回路还可以通过布线影响低电平测量。通常,对于敏感的测量,将使用屏蔽电缆,屏蔽的目的是保护信号免受环境中的任何电磁干扰。为了正确操作,屏蔽层应仅在一端接地。这样,环境中的电干扰将被屏蔽层收集并传送到地面,从而保持敏感信号干净。但是,如果误将屏蔽层两端接地,则会立即形成潜在的接地回路。现在,环境中的任何电干扰都会在屏蔽层中产生电流,然后电流会以电噪声的形式直接耦合到被测信号。Kdbednc

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改变磁场会在信号导体的屏蔽层和低压侧产生电流,从而在测量中引起电压偏移误差。Kdbednc

鉴于新型电气设备的敏感性,接地回路反馈对工业过程的威胁越来越大。例如,最近的交流变频驱动器可以由外部模拟电压信号控制。这些驱动器可能有一个敏感的输入前端,当在控制信号上遇到噪声时,驱动器可能会出现错误甚至故障。在即将到来的第2部分中,了解如何准确诊断接地回路反馈,以及减少和防止接地回路发生的五个步骤。Kdbednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News,参考链接:An Introduction to Ground Loops,由Ricardo Xie编译。)Kdbednc

责编:Ricardo
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