1. 电网尖峰脉冲干扰的防治
工控机工作现场的电网污不稳定。对工控机来说,危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰。在大量使用晶闸管设备、电动机等地方,这种尖峰干扰为害尤厉。其幅度大的可达数百伏甚至上千伏,而脉宽一般为μS数量级。雷电也常以尖峰脉冲方式入侵。尖峰脉冲幅度很大时,会破坏工控机开关电源输入滤波器、整流器甚至主振管。再加之其频谱很宽,也会窜入计算机造成干扰。对尖峰脉冲干扰的防治方法,主要有滤波法、隔离法、吸收法和回避法。
1.1 滤波法
主要是采用电源滤波器滤除尖峰干扰。图1示出了典型的电源滤波器原理图。L1、L2是绕在同一铁心上的共模轭流圈,对共模形式的干扰呈现很大的阻抗,而对工频和常模形式的干扰电感为零。因此对图2所示的形成常模形式的尖峰干扰无效。但电容C1、C2、C3却对其有一定的衰减。
1.2隔离法
采用1∶1隔离变压器供电是传统的抗干扰措施,对电网尖峰脉冲干扰有很好的效果。它抗干扰的原理是原边对高频干扰呈现很高的阻抗,而位于原边、副边绕组之间的金属屏蔽层又阻隔了原、副边所产生的分布电容,因此原边绕组只有对屏蔽层的分布电容存在,高频干扰通过这个分布电容而被旁路入地。
1.3 吸收法
吸收工控机电源进线上的尖峰脉冲采用TVS(Transient Voltage Suppressor)。TVS又称TVP(瞬变电压抑制器)。TVP是一种特殊的稳压二极管。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,吸收一个瞬间大电流,从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上,保护了后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此,其防雷效果也很好。它对于电网的尖峰脉冲电压和雷电叠加电压等等干扰超过其额定的VC数值量,都能有效的吸收
1.4 回避法
就是拉专线供电方法。对于大型动力设备集中且干扰很大的工业现场,应当尽量少使用现场工频电源。采用非动力供电线路供电或者直接从非动力低压变压器"根部"拉专线供电的办法,避开大负荷动力线,减少电网干扰。这个方法很有效,尤其是尖峰脉冲干扰,在动力变压器根部明显减小,而在非动力变压器的低压输出根部,几乎不存在。这在很多工控制现场都很实用。
1.5 其它方法
采用电源净化器、铁磁谐振交流稳压器、在线式UPS 等抗尖峰脉冲干扰效果都很好,只是体积大,价格贵。
2. 过压、欠压、失压保护
工控机工作现场的供电品质一般比较差,一般不能达到国家对电网波动等级中规定的最低标准C级。表1列出了国家标准对电网波动等级的规定。当供电电压超过C 级规定时,通常称为过压或者欠压。而失压又称瞬时断电。产生瞬时断电,最常见的原因是用电设备突然短路而它的保险丝还没有熔断的瞬间。另外开关或刀闸触点接触不良或颤抖等也会产生瞬间断电。瞬间断电所允许时间国内尚无标准。
当过压或者欠压超过工控机电源工作范围时,会使电源失常或者损坏,直接威胁工控机的安全。而瞬时过压或者欠压形成涌流,即使不超过工控机电源的工作范围,也会造成很强的干扰和破坏性。大电机启停,常常造成近百伏的瞬时过压或者欠压。克服过压、欠压的方法是选用宽电压范围的优质开关电源,或者外加交流稳压器、UPS电源以及在工控机内设置欠压、掉电保护电路等抗干扰措施。
2.1 开关电源
开关电源是把220 V交流供电直接整流滤波之后,再采用20 kHz 频率的脉宽调制型振荡变换为交流,通过高频变压器隔离变换,再整流变为计算机所需要的多种直流电压输出。目前,一般开关电源能够在100 V~300 V宽范围正常工作,完全不需要再使用交流稳压器。由于结构上的优势,开关电源抗雷击的能力比普通电源强,抗电网1个周期内的失压能力也比普通电源强。因此,工控机应选用优质的开关电源,而不应当再使用传统的变压器降压电源。
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