接地技術最早是應用在強電係統(電力係統、輸變電設備、電氣設備)中,為(wei) 了設備和人身的安全,將接地線直接接在大地上。由於(yu) 大地的電容非常大,一般情況下可以將大地的電位視為(wei) 零電位。後來,接地技術延伸應用到弱電係統中。對於(yu) 電力電子設備將接地線直接接在大地上或者接在一個(ge) 作為(wei) 參考電位的導體(ti) 上,當電流通過該參考電位時,不應產(chan) 生電壓降。然而由於(yu) 不合理的接地,反而會(hui) 引入了電磁幹擾,比如共地線幹擾、地環路幹擾等,從(cong) 而導致電力電子設備工作不正常。可見,接地技術是電力電子設備電磁兼容技術的重要內(nei) 容之一。
2 接地的種類和目的
電力電子設備一般是為(wei) 以下幾種目的而接地:
2.1 安全接地
安全接地即將機殼接大地。一是防止機殼上積累電荷,產(chan) 生靜電放電而危及設備和人身安全;二是當設備的絕緣損壞而使機殼帶電時,促使電源的保護動作而切斷電源,以便保護工作人員的安全。
2.2 防雷接地
當電力電子設備遇雷擊時,不論是直接雷擊還是感應雷擊,電力電子設備都將受到極大傷(shang) 害。為(wei) 防止雷擊而設置避雷針,以防雷擊時危及設備和人身安全。
上述兩(liang) 種接地主要為(wei) 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(wei) 電路正常工作而提供的一個(ge) 基準電位。該基準電位可以設為(wei) 電路係統中的某一點、某一段或某一塊等。當該基準電位不與(yu) 大地連接時,視為(wei) 相對的零電位。這種相對的零電位會(hui) 隨著外界電磁場的變化而變化,從(cong) 而導致電路係統工作的不穩定。當該基準電位與(yu) 大地連接時,基準電位視為(wei) 大地的零電位,而不會(hui) 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(hui) 增加幹擾。比如共地線幹擾、地環路幹擾等。
為(wei) 防止各種電路在工作中產(chan) 生互相幹擾,使之能相互兼容地工作。根據電路的性質,將工作接地分為(wei) 不同的種類,比如直流地、交流地、數字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。上述不同的接地應當分別設置。
2.3.1 信號地
信號地是各種物理量的傳(chuan) 感器和信號源零電位的公共基準地線。由於(yu) 信號一般都較弱,易受幹擾,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地線。由於(yu) 模擬電路既承擔小信號的放大,又承擔大信號的功率放大;既有低頻的放大,又有高頻放大;因此模擬電路既易接受幹擾,又可能產(chan) 生幹擾。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設更要充分考慮。
2.3.3 數字地
數字地是數字電路零電位的公共基準地線。由於(yu) 數字電路工作在脈衝(chong) 狀態,特別是脈衝(chong) 的前後沿較陡或頻率較高時,易對模擬電路產(chan) 生幹擾。所以對數字地的接地點選擇和接地線的敷設也要充分考慮。
2.3.4 電源地
電源地是電源零電位的公共基準地線。由於(yu) 電源往往同時供電給係統中的各個(ge) 單元,而各個(ge) 單元要求的供電性質和參數可能有很大差別,因此既要保證電源穩定可靠的工作,又要保證其它單元穩定可靠的工作。
2.3.5 功率地
功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地線。由於(yu) 負載電路或功率驅動電路的電流較強、電壓較高,所以功率地線上的幹擾較大。因此功率地必須與(yu) 其它弱電地分別設置,以保證整個(ge) 係統穩定可靠的工作。
2.4 屏蔽接地
屏蔽與(yu) 接地應當配合使用,才能起到屏蔽的效果。
比如靜電屏蔽。當用完整的金屬屏蔽體(ti) 將帶正電導體(ti) 包圍起來,在屏蔽體(ti) 的內(nei) 側(ce) 將感應出與(yu) 帶電導體(ti) 等量的負電荷,外側(ce) 出現與(yu) 帶電導體(ti) 等量的正電荷,因此外側(ce) 仍有電場存在。如果將金屬屏蔽體(ti) 接地,外側(ce) 的正電荷將流入大地,外側(ce) 將不會(hui) 有電場存在,即帶正電導體(ti) 的電場被屏蔽在金屬屏蔽體(ti) 內(nei) 。
再比如交變電場屏蔽。為(wei) 降低交變電場對敏感電路的耦合幹擾電壓,可以在幹擾源和敏感電路之間設置導電性好的金屬屏蔽體(ti) ,並將金屬屏蔽體(ti) 接。隻要設法使金屬屏蔽體(ti) 良好接地,就能使交變電場對敏感電路的耦合幹擾電壓變得很小。
上述兩(liang) 種接地主要為(wei) 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(ge) 電路係統中的一個(ge) 結構點看作接地參考點,所有對地連接都接到這一點上,並設置一個(ge) 安全接地螺栓),以防兩(liang) 點接地產(chan) 生共地阻抗的電路性耦合。多個(ge) 電路的單點接地方式又分為(wei) 串聯和並聯兩(liang) 種,由於(yu) 串聯接地產(chan) 生共地阻抗的電路性耦合,所以低頻電路最好采用並聯的單點接地式。
為(wei) 防止工頻和其它雜散電流在信號地線上產(chan) 生幹擾,信號地線應與(yu) 功率地線和機殼地線相絕緣。且隻在功率地、機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(yu) 截麵的關(guan) 係為(wei) :
S>0.83L (1)
式中:L——地線的長度,m;
S——地線的截麵,mm2。
3.2 多點接地
工作頻率高(>30MHz)的采用多點接地式(即在該電路係統中,用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路)。因為(wei) 接地引線的感抗與(yu) 頻率和長度成正比,工作頻率高時將增加共地阻。
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