Girişim ve topraklama teknolojisi ile ilgili olarak, tüm endüstriyel kontrol personelinin bilmesi gereken sağduyu!
1. Topraklamanın anlamı
Dünya; dünyayı bağlamanın anlamı
Dünyanın potansiyelini referans alarak ve toprağı sıfır potansiyel olarak alarak, topraklama telleri ve topraklama elektrotlarından oluşan bir cihaz aracılığıyla elektronik cihazların metal kasalarını, devre seçim noktalarını vb. Toprağa bağlayın.
Sistem tabanı: sistem zemini olarak anılır
Sinyal devresinin referans iletkenini ifade eder (elektronik ekipman, referans iletken olarak genellikle bir metal taban, bir muhafaza, bir blendaj veya bir grup bakır tel, bakır şerit vb. Kullanır) ve referans iletkeni nispeten sıfır potansiyel olarak ayarlar, ancak topraklama sıfır potansiyeli değil.
İdeal referans iletkeni, sıfır potansiyele ve sıfır empedansa sahip fiziksel bir varlıktır
İdeal bir yer düzlemi, sistemdeki herhangi bir konumdaki sinyaller için ortak bir potansiyel referans noktası sağlayabilir (ancak mevcut değildir)
Yer düzleminden geçen akımın oluşturduğu eşpotansiyel çizgiler
Toprak potansiyelinin şematik diyagramı
Geleneksel tanım: Topraklama kablosu, sistemdeki tüm devreler için bir potansiyel referans sağlayan devrede potansiyel referans noktasıdır.
Devre tasarımıyla uğraşanlar arasında, eğer biri böyle bir soru sorarsa: Topraklama teli nedir ve topraklama kablosu nasıl bir rol oynar? Hemen meslektaşların alay konusu olmasına neden olur. Çünkü devre topraklaması gerçekten doğal. Tanım ders kitaplarında da kaç defa belirtilmiştir.
Yeni tanım: topraklama kablosu, sinyalin kaynağa geri akması için düşük empedanslı bir yoldur
Yukarıda belirtildiği gibi, geleneksel tanım yalnızca topraklama kablosunun sahip olması gereken eşpotansiyel durumu verir ve gerçek toprak telini yansıtmaz. Bu nedenle gerçek elektromanyetik uyumluluk sorunu bu tanımla analiz edilemez. Bu tanım, akımın akışını vurgular. Akım, sonlu empedanstan geçtiğinde, kaçınılmaz olarak bir voltaj düşüşüne neden olur, bu nedenle bu tanım gerçek toprak potansiyelini yansıtır.
Soru: Elektromanyetik uyumluluk problemlerini analiz ederken ve çözerken, gerçek toprak akımı yolunu belirlemek çok önemlidir. Ancak tasarladığınız topraklama kablosu genellikle gerçek topraklama kablosu akım yolu değildir, yani gerçek topraklama kablosu değildir Neden?
İki topraklama amacı
1: Güvenlik için güvenle
Sol: şasi başıboş empedans Z1 ile şarj edildi, sağ: şasi yalıtım arızası nedeniyle şarj edildi
Şasideki U1 voltajı; Devredeki U2 yüksek voltaj bileşenleri;
Z1-yüksek gerilim bileşeni ile şasi arasındaki kaçak empedans; Z2-şasi ile toprak arasındaki empedans
1. Şasi topraklanmamışsa, güç kablosu ile şasi arasındaki yalıtım iyi olduğunda (yüksek empedans), şasideki indüklenen voltaj çok yüksek olsa da, insanlar kasaya dokunduğunda tehlike olmayacaktır çünkü insan vücudu Akım çok küçük.
2. Güç kablosu ile şasi arasındaki yalıtım tabakası hasar görürse, yalıtım direnci azalacaktır Bir kişi şasiye dokunduğunda, insan vücudundan daha büyük bir akım geçecek ve kişisel yaralanmaya neden olacaktır. En kötü durumda, güç kablosu ile şasi arasında bir kısa devre vardır Bu anda, tüm akım insan vücudundan geçer.
3. Şasi topraklanmışsa, güç kablosu ve şasi kısa devre yaptığında, sigorta atar veya kaçak koruma etkinleştirilir.
4. Topraklama ayrıca yıldırım akımı için bir deşarj yolu sağlayabilir Tesis veya ekipmana bir aşırı gerilim koruyucu monte edildiğinde, topraklama gereklidir, aksi takdirde aşırı gerilim deşarj edilemez. Şu anda sadece topraklanmamalı, aynı zamanda "topraklanmalıdır", yani topraklama empedansı da çok düşük olmalıdır.
Elektrostatik hassas durumların birçoğu için, topraklama hala yükleri boşaltmanın ana yoludur.
Güvenlik topraklaması, topraklama (Topraklama) anlamına gelir, yani elektrikli ekipmanın kabuğunun toprağa düşük empedanslı bir iletkenle bağlanmasıdır.Bir kişi yanlışlıkla ona dokunduğunda, elektrik çarpmasına maruz kalmak kolay değildir.
2: Sinyal zemini
Sinyal topraklaması veya sistem toprağı olarak adlandırılan sinyal voltajı için sabit bir sıfır potansiyel referans noktası sağlayın; bir referans noktası sağlamanın yanı sıra, sinyal topraklaması parazit girişimini de ortadan kaldırabilir.
Tanım: Sinyal kaynağına geri akan sinyal akımının düşük empedanslı yolu
Temel topraklama yöntemi
Tek noktalı topraklama: seri tek noktalı topraklama, paralel tek noktalı topraklama
Çok noktalı topraklama: cihazdaki her bir topraklama pedi doğrudan en yakın yer düzlemine bağlanır
Yüzer toprak: Ekipman topraklama teli sisteminin topraktan elektriksel olarak yalıtıldığını ifade eder, bu da toprak akımının neden olduğu elektromanyetik paraziti azaltabilir
Üç topraklama kablosu parazit sorunlarına neden olur
1. Topraklama teli eşpotansiyel bir gövde değildir: topraklama kablosunun iletkeni belirli bir empedansa sahiptir ve yanlış tasarlanmış topraklama kablosunun empedansı oldukça büyüktür.
Topraklama kablosu akımı topraklama kablosundan geçtiğinde, topraklama kablosunda bir voltaj üretilir. Ortak topraklama kablosunda birçok akım bileşeni vardır ve voltaj da çok dağınıktır Bu toprak gürültü voltajıdır.
2. Toprak gürültü voltajının şiddeti: Topraklama gürültüsü, tasarımı yaptığımızda toprak kablosunun varsaydığımız gibi olmadığı anlamına gelir: potansiyel referans noktası için eş potansiyel bir gövde olarak kullanılabilir.Toprak teli üzerindeki her noktanın gerçek potansiyeli aynı değildir. Varsayım (öncül) yok edilir ve devre artık normal çalışamaz. Topraklama kablosunun neden olduğu elektromanyetik parazitin özü budur.
3. Toprak akımının yolu belirsizdir: toprak akımı genel akım yasasını izler ve en az empedansla yolu alır.
Düşük frekanslı akımlar için, bu yolun belirlenmesi nispeten kolaydır, hangisi en az dirençli yoldur Direnç, iletkenin enine kesit alanı ve uzunluğu ile ilgilidir.
Ancak daha yüksek frekanslı akımlar için toprak akımının yolunu belirlemek kolay değildir.Gerçek toprak akımı genellikle tasarladığınız topraktan akmaz. Akım kontrolden çıkarsa, bazı açıklanamayan sorunlar ortaya çıkacaktır.
4. Topraklama teli tasarımının özü: topraklama kablosunun empedansını azaltın
Dört topraklama kablosu sorunu topraklama döngüsü
Zemin döngüsü paraziti:
Bu nispeten yaygın bir girişim olgusudur ve genellikle uzun bir kabloyla birbirine çok uzak olan cihazlar arasında meydana gelir. Doğal sebep, toprak döngüsü akımının varlığıdır.
Toprak döngüsü paraziti, toprak döngüsü akımından kaynaklandığından, pratikte bazen bir cihazın güvenlik topraklama kablosunun bağlantısı kesildiğinde parazitin ortadan kalktığı bulunur.Bunun nedeni, topraklama kablosunun bağlantısının kesilmesidir. Zemin döngüsü. Bu fenomen genellikle düşük girişim frekansı durumunda ortaya çıkar.Girişim frekansı yüksek olduğunda, topraklama kablosunun bağlantısının kesilip kesilmediği önemli değildir.
Neden 1: Toprak döngüsü parazit oluşumu:
İki cihazın topraklama potansiyelleri farklıdır ve bir toprak voltajı oluşturur, bununla tahrik edilen cihaz 1 - ara bağlantı kablosu - cihaz 2 - toprak tarafından oluşturulan döngü arasında akan bir akım vardır. Devrenin dengesizliği nedeniyle, her teldeki akım farklıdır, bu nedenle devrede parazite neden olan bir diferansiyel mod voltajı üretilecektir. Topraklama kablosundaki voltaj, topraklama kablosunun bu bölümünü kullanan daha yüksek güce sahip diğer cihazlardan kaynaklanır, bu da topraklama telinde güçlü bir akıma neden olur ve topraklama kablosu daha büyük bir empedansa sahiptir.
Toprak döngüsü parazitinin nedenleri 2:
Birbirine bağlı cihazlar güçlü bir elektromanyetik alan içinde olduğundan, elektromanyetik alan cihaz 1 - ara bağlantı kablosu - cihaz 2 - toprak tarafından oluşturulan döngüde döngü akımını indükleyerek neden 1 işlemiyle aynı şekilde parazite neden olur.
Toprak döngüsü parazitini çözmek için iki temel fikir vardır:
1. Topraklama kablosunun empedansını azaltın, böylece parazit voltajını azaltın.
2. Toprak döngüsünün empedansını artırın, böylece toprak döngüsü akımını azaltın.
Empedans sonsuz olduğunda, topraklama döngüsü gerçekte kesilir, yani topraklama döngüsü ortadan kalkar. Örneğin, ekipmanı bir uçta yüzdürmek veya devre kartının kasadan bağlantısını kesmek doğrudan yöntemlerdir.
Bununla birlikte, elektrostatik koruma veya güvenlik hususları nedeniyle, bu doğrudan yönteme pratikte genellikle izin verilmez.
Soru: Bir uçtaki cihazın toprakla bağlantısı kesildiğinde, parazit kaybolur, bu genellikle toprak döngüsü paraziti sorununu gösterir, ancak neden ters olarak söylenemez: "Toprak döngüsü paraziti olduğunda, devrenin bir ucunu toprağa bağlayın Hatlar arasındaki bağlantı koparsa sorun çözülebilir. "?
Toprak döngüsü parazitini çözmek için önlemler
1 izolasyon transformatörü
2 optik bağlantı
3 ortak mod bobini
4 Dengeli devre
Toprak voltajı aslında bir ortak mod voltajıdır Bu voltajla tahrik edilen kabloda akan akım ortak mod akımıdır. Bu nedenle, kabloya ortak bir mod bobini takma yöntemi, toprak döngüsü akımını bastırmak için kullanılabilir.
Ortak mod bobini: Transformatör, sinyal iletim hattına, nötralize edici bir transformatör veya ortak mod bobini adı verilen uzunlamasına bir kısma şeklinde bağlanır. Yapısal özellikler:
Her iki sargı da aynı sayıda dönüşe ve sarım yönüne sahiptir
Çalışma özellikleri:
Sinyal akımı, diferansiyel mod akımı olan iki sargıda akar, üretilen manyetik alanlar birbirini iptal eder ve sinyal neredeyse kayıpsız olarak geçer;
Topraklama teli parazit akımı, ortak mod akımı olarak iki sargıda akar ve üretilen manyetik alan fazda üst üste bindirilir, bu nedenle ortak mod kısma bobini, parazit akımına büyük bir empedans sunar, bu da toprak döngüsü parazitini daha iyi bastırır.
Beş tipik topraklama yöntemi ve türü
Parazit gürültüsünün özelliklerinden dolayı, topraklama düşünüldüğünde farklı işleme yöntemleri vardır:
1. Tek noktalı topraklama: Sistem veya ekipmanda düşük frekanslı devreler için uygun olan yalnızca bir nokta topraklama vardır
Seri tek nokta topraklama
Sistemin hatları veya ekipmanı tarafından üretilen veya ihtiyaç duyulan enerji çok fazla değişiyorsa, seri tek noktalı topraklama uygun değildir, çünkü yüksek enerjili hatlar veya ekipmanların oluşturduğu büyük miktardaki toprak potansiyeli, düşük enerjili hatların veya ekipmanın normal çalışmasını ciddi şekilde etkileyecektir.
Paralel tek nokta topraklama
Paralel tek nokta topraklamanın en büyük dezavantajı, zaman alıcı ve malzeme tüketmesidir.Topraklama telinin çok uzun ve çok olması nedeniyle özellikle yüksek frekans aralığında çeşitli yerlerin empedansını arttırır.
2. Çok noktalı topraklama: yüksek frekanslı devreler için uygundur
Frekans 10MHz'den düşük olduğunda tek noktalı topraklama için daha uygundur. Yüksek frekansta ( > 10MHz olması durumunda), topraklama telinin uzunluğu ve topraklama devresinin etkisi nedeniyle, tek noktalı topraklama, paraziti ortadan kaldırma etkisini sağlayamaz, bu durumda çok noktalı topraklama kullanılmalıdır. Bu sırada, topraklama kablosunun uzunluğu da olabildiğince kısa olmalıdır. Aşağıdaki şekildeki her topraklama noktası bir şasi veya topraklama plakası olarak kabul edilebilir:
3. Karışık topraklama: bileşik topraklama
Kompozit tek noktalı topraklama, hatları veya ekipmanları sınıflandırırken, seri ve paralel yöntemleri aynı anda kullanırken gürültüyü azaltabilir, inşaatı azaltabilir ve aynı zamanda malzeme tasarrufu sağlayabilir.
Altı topraklama özeti ve önlemleri
Topraklama özeti
Frekans nedeniyle, ne tür bir topraklama yöntemi olursa olsun, topraklama teli mümkün olduğu kadar kısaltılmalıdır, aksi takdirde sadece empedansı artırmakla kalmaz, aynı zamanda işlevi bir anten gibi olduğu için yayılan gürültü de üretir.Topraklama telinin uzunluğu L'dir. < / 20.
Topraklama yönteminden bağımsız olarak, en büyük sorun toprak akımlarının oluşmasından kaynaklanır, bu nedenle topraklama döngüsünün kaldırılması tasarımcılar için bir test haline gelir.
Birinci not
Topraklama kablosu ne kadar kısa olursa o kadar iyidir;
Kablo koruyucu katman sonlandırıldığında, döngü yapılmalıdır;
Elektronik devreler ve düşük frekans kullanılırken, sinyal, ekranlama, güç kaynağı, kasa veya montaj gibi farklı devreleri (Dönüş) eşleştirmek için farklı topraklama sistemleri planlanmalıdır. Yalnızca bu devreler uçta birbirine bağlanabilir ve ardından tek bir noktada topraklanabilir;
Zemin düzlemi yüksek iletkenliğe (İletkenlik) sahip olmalıdır;
Devredeki bileşenler sıklıkla büyük miktarda ani akım üretirse, diğer devreleri etkilememek için devre ayrı bir topraklama sistemi veya en azından ayrı bir devre ile donatılmalıdır.
Düşük enerjili sinyalin zemini diğer zeminlerden izole edilmelidir;
Çift telli kabloyu ayrı olarak takmayın;
Dikkat iki
Düşük frekans için tek noktalı topraklama sistemi ve yüksek frekans için çok noktalı topraklama sistemi benimsenmelidir;
İyi topraklama sistemi;
Ortak iletkenin getirdiği gürültü voltajını azaltın ve toprak döngülerinden kaçınmaya çalışın;
Topraklanmış amplifikatör, topraklanmamış bir güç kaynağına bağlanır ve giriş kablosunun kalkanı amplifikatörün topraklama noktasına bağlanmalıdır. Topraklanmamış amplifikatör topraklanmış bir güç kaynağına bağlanırsa, giriş kablosunun ekranı güç terminalinde topraklanmalıdır. Yüksek kazançlı amplifikatörün kalkanı, amplifikatörün topraklama noktasına bağlanmalıdır;
Sinyal hattının her iki ucu da topraklanırsa, ortaya çıkan toprak döngüsü manyetik alandan ve toprak potansiyeli farkından kaynaklanan parazitlere karşı hassastır;
Toprak döngülerini kaldırma yöntemleri arasında izolasyon transformatörlerinin, fotosellerin, diferansiyel amplifikatörlerin ve bobinlerin kullanılması yer alır.
Seri tek noktalı ve paralel tek noktalı karma topraklama örnekleri
