六種電氣的隔離方式

　　電氣隔離目的之一是從電路上把干擾源和易干擾的部分隔離開來，從而達到隔離現(xiàn)場干擾的目的。

　　一、信號隔離

　　信號隔離主要目的是把引進的干擾通道切斷，使測控裝置與現(xiàn)場僅保持信號聯(lián)系，不直接發(fā)生電的聯(lián)系。

　　工控裝置與現(xiàn)場信號之間常用的隔離方式有光電隔離、脈沖變壓器隔離、繼電器隔離和布線隔離等。

　　①光電隔離

　　光電隔離是由光電耦合器件來完成的。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。

　　由于光電耦合器的輸入阻抗(100Ω～1kΩ)與一般干擾源的阻抗(105～106Ω)相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，所能提供的電流并不大，不易使半導體二極管發(fā)光。

　　另外光電耦合器的隔離電阻很大(約1012Ω)、隔離電容很小(約幾個pF)，所以能阻止電路性耦合產生的電磁干擾，被控設備的各種干擾很難反饋到輸入系統(tǒng)。

　　光電耦合器把輸入信號與內部電路隔離開來，或者是把內部輸出信號與外部電路隔離開來。

　　開關量輸入電路接入光電耦合器后，由于光電耦合器的隔離作用，使夾雜在輸入開關量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側。

　　由于光電耦合器不是將輸入側和輸出側的電信號進行直接耦合，而是以光為媒介進行耦合，具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。

　　目前，大多數(shù)光電耦合器件的隔離電壓都在2.5kV以上，有些器件達到了8kV，既有高壓大電流大功率光電耦合器件，又有高速高頻光電耦合器件(頻率高達10MHz)。

　　②脈沖變壓器隔離

　　脈沖變壓器的匝數(shù)較少，而且一次繞組和二次繞組分別繞于鐵氧體磁芯的兩側，這種工藝使得的分布電容特小，僅為幾個pF，所以可作為脈沖信號的隔離元件。

　　脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號時，不傳遞直流分量，使用的數(shù)字量信號輸入/輸出的控制設備不要求傳遞直流分量，因而在工控系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。

　　電路的外部信號經RC濾波電路和雙向穩(wěn)壓管抑制常模噪聲干擾，然后輸入脈沖變壓器的一次側。

　　為了防止過高的對稱信號擊穿電路元件，脈沖變壓器的二次側輸出電壓被穩(wěn)壓管限幅后進入測控系統(tǒng)內部。

　　一般地說，脈沖變壓器的信號傳遞頻率在1kHz～1MHz之間，新型的高頻脈沖變壓器的傳遞頻率可達到10MHz。

　　③繼電器隔離

　　繼電器的線圈和觸點沒有電氣上的聯(lián)系，因此，可利用繼電器的線圈接受信號，利用觸點發(fā)送和輸出控制信號，從而避免強電和弱電信號之間的直接接觸，實現(xiàn)了抗干擾隔離。

　　在該電路中，通過繼電器把低壓直流與高壓交流隔離開來，使高壓交流側的干擾無法進入低壓直流側。

　　④布線隔離

　　將微弱信號電路與易產生噪聲污染的電路分開布線，最基本的要求是信號線路必須和強電控制線路、電源線路分開走線，而且相互間要保持一定的距離。

　　配線時應區(qū)別分開交流線、直流穩(wěn)壓電源線、數(shù)字信號線、模擬信號線、感性負載驅動線等。

　　配線間隔越大，配線越短，則噪聲影響越小。

　　但是，實際設備的內外空間是有限的，配線間隔不可能太大，只要能維持最低限度的間隔距離便可。

　　如果受環(huán)境條件的限制，信號線不能與高壓線和動力線等離得足夠遠時，就得采用諸如信號線路接電容器等各種抑制電磁感應噪聲的措施。

　　二、供電系統(tǒng)的隔離

　　①交流供電系統(tǒng)的隔離

　　由于交流電網(wǎng)中存在著大量的諧波、雷擊浪涌、高頻干擾等噪聲，所以對由交流電源供電的控制裝置和電子電氣設備，都應采取抑制來自交流電源干擾的措施。

　　采用電源隔離變壓器，可以有效地抑制竄入交流電源中的噪聲干擾。

　　但是，普通變壓器卻不能完全起到抗干擾的作用，這是因為，雖然一次繞組和二次繞組之間是絕緣的，能夠阻止一次側的噪聲電壓、電流直接傳輸?shù)蕉蝹龋懈綦x作用。

　　然而，由于分布電容(繞組與鐵心之間、繞組之間、層匝之間和引線之間)的存在，交流電網(wǎng)中的噪聲會通過分布電容耦合到二次側。

　　為了抑制噪聲，必須在繞組間加屏蔽層，這樣就能有效地抑制噪聲，消除干擾，提高設備的電磁兼容性。

　　由于C2是屏蔽層的對地阻抗，在低頻范圍內，ZE(1/jωC10)，所以U2C→0。

　　由此可見，采取屏蔽措施后，通過隔離變壓器的共模噪聲電壓被大大地削弱了。

　　為了將測控系統(tǒng)和供電電網(wǎng)電源隔離開，消除因公共電阻引起的耦合，減少負載波動的影響，同時也為了安全，常常在電源變壓器和低通濾波器之前增加一個1∶1的隔離變壓器。

　　②直流供電系統(tǒng)的隔離

　　當控制裝置和電子電氣設備的內部子系統(tǒng)之間需要相互隔離時，們各自的直流供電電源間也應該相互隔離，其隔離方式如下：第一種是在交流側使用隔離變壓器。

　　第二種是使用直流電壓隔離器(即DC/DC變換器)。

　　采用了電氣隔離的措施以后，絕大多數(shù)電路都能夠取得抑制噪聲的效果，使信號隔離設備符合電磁兼容性的要求。