抑制2.3.4地环路干扰的方法优化

前文已经介绍，在实际的电气柜接线中，很多电路是采用多点接地以确保电气柜具备较为良好的抗电磁干扰的性能。但是同时，当电路进行多点接地并且电路之间有信号联系时，极易在电气柜内部形成地环路，而地环路则会进一步地对电气柜内的电气元器件的正常使用产生不良影响，甚至会造成部分电气元器件无法正常工作。

图2-22 屏蔽电缆的安装方法

因此，在使用西门子SINUMERIK 808D系统时，必须采取相应的措施，尽可能大地增强对地环路所引起的干扰的抑制，以确保系统可以维持在稳定的工作状态。

通常抑制地环路干扰的最好方法就是切断地环路。因此，在实际应用中，常常会使用一些具有特定性能的电气元器件来实现切断地环路的目的，常用的措施和相关的电气元器件主要有以下几种。

1.隔离变压器

隔离变压器的一次侧、二次侧之间有一层金属屏蔽层，这个屏蔽层可以在电路一次与二次电场之间产生屏蔽作用，进而达到抑制地环路干扰的作用。

但需要强调的是，基于隔离变压器自身特点及应用性能，不能使用它来传输直流信号和频率很低的信号。

2.磁环

根据磁环自身性能的特点，可以将磁环套在导线上作为抗干扰的一种手段。套有磁环的导线可以允许直流和频率很低的差模信号通过，但对于高频共模噪声则会呈现出很大的阻抗，从而起到抑制地环路干扰的作用。

3.光耦合器

光耦合器是以光作为媒介，来传输电信号的一种“电-光-电”转换元器件。从性能上来说，光耦合器只能传输差模信号，不能传输共模信号，从而能够对于输入、输出的电信号起到良好的隔离作用。

因此，光耦合器可以完全切断两个电路之间的地环路，从而实现抑制地环路干扰的作用。

4.灭弧装置的使用

在实际的应用中，强电电气柜中会使用到大量的线圈和继电器。当这些设备接通或断开时，线圈会由于自感效应而在线路中产生很高的脉冲电压，而线路中脉冲电压则会进一步地对电子线路的信号传送产生干扰。

因此，在强电电气柜中，一般需要采用灭弧装置，来抑制导线中的脉冲电压，进而实现对于其所引发的线路干扰的抑制。

一般来说，对于交流电路，可以选择CR灭弧装置；而对于直流电路，则通常使用二极管作为灭弧装置。针对于不同的电路，必须严格区分所选用的灭弧装置；同时，在灭弧装置的使用中，也必须严格地按照相应的使用标准进行使用，以确保其可以发挥预期的功用。

（1）交流电路灭弧装置

对于交流电路而言，一般选择CR灭弧装置，在使用过程中，应重点注意以下三点。

1）对于交流电路而言，单独地使用电阻作为灭弧装置只能在限制脉冲电压的峰值时发挥作用，但不能限制脉冲电压突然升高时产生的电流值。因此，交流电路通常选择由电阻和电容所共同组成的CR灭弧装置，因为CR类型的灭弧装置既可以限制脉冲电压的峰值，又能限制脉冲电压突然产生的上升沿。

2）对于CR灭弧装置中电容和电阻选型参考值应根据实际的静态线圈直流阻值和电流来决定。

①电阻R的选择：线圈的等效直流电阻

②电容C的选择：一般选择范围为I²/10至I²/20（_μF）（其中I为线圈的静态电流）

3）在交流电路中，CR灭弧装置必须依照相关的安装标准进行安装使用。在图2-23中给出了常见的交流电路CR灭弧装置安装示例图，为读者提供参考依据。

（2）直流电路灭弧装置(www.xing528.com)

对于直流电路，通常使用二极管作为灭弧装置来抑制电路中的脉冲电压。

二极管又称晶体二极管，简称二极管。晶体二极管在结构上由一个内部的PN结及两个引线端子构成，这种结构可以确保二极管根据实际的外加电压方向，而具备单向电流导通性。

电流单向导通性是二极管最大的特性，实质上就是指电流只可以从二极管的一个方向通过，反之则电流无法导通。

基于这个特性，二极管可用于整流电路、检波电路、稳压电路以及各种调制电路。同样的，电流单向导通性也为检测二极管是否处于正常工作状态提供了很大的便利，只需要用万用表的电阻档对二极管进行测量：如果二极管的正向电阻很小，反向电阻很大就说明这个二极管是正常的；反之，若正反向都很小或者都很大，则这个二极管出现了故障。

在直流电路中，需要根据二极管的单向导通特性和实际情况进行应用。图2-24中给出了常见的直流电路二极管使用示例图，为读者提供参考依据。

图2-23 交流电路CR灭弧装置安装示例图

图2-24 直流电路中二极管的使用示例图

需要强调的是，在实际应用中，二极管的选用也十分重要，选用不当则很容易造成二极管的烧断。一般来说，我们应选用耐压值约为外加电压的2倍，耐电流约为外加电流2倍的二极管。

5.浪涌吸收器

除了前文提及的脉冲电压之外，电弧还会在电气柜内部产生浪涌电压，浪涌电压也会给设备安全稳定的运行带来不利的影响。因此，为了保护设备，消除电弧所产生的浪涌电压，通常需要在输入电源的线间和各线与地之间安装浪涌吸收器。

浪涌吸收器的安装和使用有其固定的标准和要求。一般来说，在输入电源单元的位置必须安装浪涌吸收器以消除由于打弧而产生的浪涌电压。同时，如果电路中没有安装隔离变压器，那么必须进一步加装浪涌吸收器2；反之，如果电路中安装了隔离变压器，则浪涌吸收器2可以不安装。但是需要注意的是，这样并不能够完全地消除由于打弧而产生的浪涌电压。

在图2-25中以装有SINAMICS V60的电气柜内部分结构为例，给出了常见的浪涌吸收器的安装示例图，图中的浪涌吸收器2仅当隔离变压器未安装时使用。

图2-25 浪涌吸收器的安装示例图

此外，为了确保浪涌吸收器的良好运行，以达到最佳的效果，在图2-25的安装连接中，还需要格外注意以下4点：

1）使用的导线应尽可能地短，且尽可能满足以下标准，以达到更好地吸收浪涌电压的效果。

①导线规格：线径≥2mm²。

②导线长度：连接浪涌吸收器1和浪涌吸收器2的导线总长a及b均不可大于2m。

2）如果需要在电源线上进行过电压（AC1000V和AC1500V）绝缘强度测试，则必须先将浪涌吸收器2去掉。否则，过电压会损坏该浪涌吸收器。

3）当浪涌电压超过浪涌吸收器容量或浪涌吸收器短路时，图2-25中所安装的无保险断路器（5A）可以给电网提供保护作用。因此，在实际的安装应用中，必须安装断路器。

4）当电路正常工作时，没有电流通过浪涌吸收器1和2，所以断路器（5A）可以与机床上其他电气元器件共用，如用于伺服单元中电源模块的电源控制或主轴风扇电动机的电源控制。