电气隔离在电气控制线路上的应用胡军岗

胡军岗

河南宏九建筑工程有限公司河南安阳456550

摘要：电气隔离在电气控制线路上的应用十分普遍，同时也非常重要，通过加强对其的研究分析，可以促进其不断地应用，这对于我国在这方面的研究意义重大。

关键字：电气隔离，电气控制线路，应用

1数控机床控制系统常见干扰综合分析

对于数控机床控制系统所处的环境进行深入的调查发现，经常会有一些人为导致的或者是自然因素产生的电磁干扰信号，产生的干扰信号会通过一些途径进入到控制系统内部。可以根据干扰信号发生的源头，以及干扰信号进入到数控机床控制系统的途径将其分为两种类型：第一种就是电气控制系统内部存在的互相干扰，第二种就是来自于电气系统外部环境的干扰。第一种干扰主要因为数控机床控制系统中存在的开关、接触装置或者是控制系统内部其它的元器件导致的，会应用控制系统的内部通道，例如数控机床控制系统的输入和输出端口、也会通过电源进行一定的干扰。本文以数控机床控制系统具有的接触装置为例，接触装置主要会产生两种干扰信号。接触装置在进行开、关动作时，会在其母线上产生频率多元化的震荡波，这时母线就如同是传播的天线，将短时间电磁场具有的能量向周围空间释放，这些不良的能量传播到数控机床控制系统会对其造成一定的干扰。第二种是由接触装置具备的控制线圈引起的，控制线圈通、断时会在控制线圈的两级产生相应的过电压，这些不良过电压会电源线为通道进入到数控机床控制系统内部。这时控制系统内部具有的强电信号，会通过电源线传输对控制系统造成一定的干扰。

2信号隔离

2.1光电耦合隔离

光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下，以光为媒介传送信号，对输入和输出电路进行隔离。因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小和耐冲击等好处，使其在强一弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。光电耦合器，是近几年发展起来的一种半导体光电器件，由于它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽、无触点输入与输出以及在电气上完全隔离等特点，而被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。

光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光源，输出端配置受光器，因而输入和输出在电气上是完全隔离的。由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光。另外光电耦合器的隔离电阻很大、隔离电容很小(约几个pF)，所以能阻止电路耦合产生的电磁干扰，被控设备的各种干扰很难反馈到输入系统。光电耦合器把输入信号与内部电路隔离开来，或者是把内部输出信号与外部电路隔离开来。开关量输入电路接入光电耦合器后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。由于光电耦台器不是将输入侧和输出侧的电信号进行直接耦合，而是以光为媒介进行耦合，具有较高的电气隔离和抗干扰能力。

目前，大多数光电耦合器件的隔离电压都在2.5kV以上，有些器件达到了8kV，既有高压大电流大功率光电耦合器件，又有高速高频光电耦合器件(频率高达10MHz)。常用的器件如4N25，其隔离电压为5.3kV；6N137，其隔离电压为3kV，频率在10MHz以上。

2.2脉冲变压器隔离

脉冲变压器的匝数较少，而且一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯的两侧，这种工艺使得它的分布电容特小，仅为几个pF，所以可作为脉冲信号的隔离元件。脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时，不传递直流分量，PLC使用的数字量信号输入／输出的控制设备不要求传递直流分量，因而在工控系统中得到了广泛的应用。

电路的外部信号经RC滤波电路和双向稳压管抑制常模噪声干扰，然后输入脉冲变压器的一次侧。为了防止过高的对称信号击穿电路元件，脉冲变压器的二次侧输出电压被稳压管限幅后进入测控系统内部。一般地说，脉冲变压器的信号传递频率在1kHz～1MHz之间，新型的高频脉冲变压器的传递频率可达到10MHz。

2.3继电器隔离

继电器的线圈和触点没有电气上的联系，因此，可利用继电器的线圈接受信号，利用触点发送和输出控制信号，从而避免强电和弱电信号之间的直接接触，实现了抗干扰隔离。下图是继电器输出隔离的实例示意图。在该电路中，通过继电器把低压直流与高压交流隔离开来，使高压交流侧的干扰无法进入低压直流侧。

2.4配线系统隔离

将微弱信号电路与易产生噪声污染的电路分开布线，最基本的要求是信号线路必须和强电控制线路、电源线路分开走线，而且相互间要保持一定的距离。配线时应区别分开交流线、直流稳压电源线、数字信号线、模拟信号线和感性负载驱动线等。配线间隔越大，配线越短，则噪声影响越小。但是，实际设备的内外空间是有限的，配线间隔不可能太大，只要能维持最低限度的间隔距离便可。如果受环境条件的限制，信号线不能与高压线和动力线等离得足够远时，就得采用诸如信号线路接电容器等各种抑制电磁感应噪声的措施。

3控制线隔离技术——电源系统隔离技术

3.1交流电源供电系统隔离法

交流电源中存在着诸多电干扰源，如交流电源在工作时产生的数量巨大的谐波、高频波、雷击浪涌等一系列干扰噪声，所以在以交流式电源为主要供电设备的电气系统中其电源系统均应该采取抗干扰措施，隔离电源变压器就是一个较为有效的电源抗干扰装置，该装置能够有效地防止电源工作中由电流产生的噪声干扰。隔离电源变压器的运作原理是在电压器内部的加入了隔离层，并且变电器内部结构做了相应的调整，之所以一般的交流变器不论如何概念其内构都无法达到这种效果是因为即使使变压器内的一次烧和二次烧组件绝缘不产电流流动，但由于交流电流的作用变压器中会有分布电容（铁心与烧组之间，烧组与烧组之间，层匝之间以及引线与引线之间）存在，这样交流电网之中就会有电容耦合存在，从而产生噪声。因此采用隔离电压变压器才能有效对交流电源进行有效的噪音隔离。

3.2直流电源供电系统隔离法

直流电源供电系统虽然与交流电源供电系统比起来在工作过程中产生的噪声较小，而且直流电产生的噪声污染也比较好控制，但在工作中如对直流电源供电系统不加以控制和预防其产生噪声也会有较明显的影响作用。直流电源供电系统内部产生干扰主要来自直流电源系统中的子系统，各个子系统之间相互的作用影响或是子系统内部自身的影响，导致直流供电系统产生噪声，要想对直流电源供电系统做噪声隔离就要在直流变压器中的各个子系统间添加隔离膜，或者直接采用隔膜变压器也能有效降低直流变压器在工作是产生的噪声。

结束语

数控机床电气控制系统经常会受到不良信号的干扰，使得控制系统发出错误的动作，导致数控机床的正常工作状态受到严重的影响。相应的技术人员应当在全面掌握控制系统工作原理的基础上，对干扰因素的产生进行深入的分析，并且应用多种隔离方式，使得数控机床电气控制线路的抗干扰能力得到有效的增强，使得电气控制系统的可靠性得到有效的提升，这对于促进我国机械生产加工行业的发展有着不可忽视的影响力。

参考文献

[1]沈春波.数控机床电气控制系统中的电气隔离技术科技创新与应用2013-01-08期刊

[2]李传伟.电气隔离在数控机床电气控制线路上的应用机床电器2012-08-12期刊

[3]刘鹏羽.电气控制线路的设计方法探析黑龙江科技信息2013-02-05期刊