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包裝機械電控係統的噪聲抑製

發布時間:2020-07-13 14:19:10 |來源:網絡轉載

隨看自動化技術和半導體器件的迅速發展,電力電子技術和微電子技術迅速地向電氣控製設 備領域滲透,逐漸形成電力與電子設備互相結合, 強電和弱電交叉工作的局麵。對包裝機械的電氣 控製係統也是如此。為了對包裝生產過程進行操 作和控製,把各種傳感器和控製裝置組成一個有 機的整體,使其完成特定的任務。在這個領域中 原來以強電和電器為主,功能簡單的電氣控製設 備,已發展成為強弱電緊密結合,以電力電子和微 電子器件為核心,功能齊全的新型電子控製裝 置。這些控製裝置或設備由於其所用的元件和電 子線路,具有工作信號電平低,速度快,元器件安 裝密度等特點,對電磁幹擾比較敏感,因而使用現 場的電磁環境要求也比較苛刻。

大量實踐證明,如果這些電子控製裝置和係 統在設計製造、安裝和使用時缺乏正確的抗幹擾 措施。輕則降低信號質量,重則破壞電路的正常 功能,造成邏輯混亂,控製失靈,甚至發生損壞設 備和影響生產的事故。為此,必須有目的地釆取 措施來提高控製係統的抗幹擾能力,使控製係統 能在各種環境中長期穩定,可靠地運行。

在包裝機械控製係統中幾種常見的噪聲幹擾 如:直流負載的噪聲、浪湧衝擊和數字電路中的脈 衝噪聲的幹擾。近年來,我們電源工作者在抑製 和消除這幾種噪聲幹擾方麵,做了大量的工作。

1直流感性負載噪聲抑製

直流感性負載斷電時產生的瞬變噪聲具有能 量大,頻譜寬的特點。若電感的擊/dt很大,則在電 US時間內達到(10-20)倍的電壓,高衝擊電壓不 僅會使設備嚴重破壞,而且還同時產生福射幹擾 和傳導幹擾。包裝機械控製裝置中大量使用繼電 器控製執行元件和某些信號回路,當打開繼電器 控製電路開關時,線圏中電流斷開,線圈兩端感應 一個高的反向電壓,在斷開的觸點間引起電驅火 花。由於繼電器額定電流一般都較小(很少超過 5A)為了保證繼電器的靈敏度,必須保持觸頭壓 力盡可能小,通常在線圈兩端和控製接點兩端采 取適當的措施。

  1. 經圈兩端並聯放電回路,這是為感性負載 提供放電回路以消除噪聲源的有效方法,常采用 以下幾種形式(如圖1):
  1. 接線方式如圖1(a)所示,其關鍵是正確選 擇電阻阻值。阻值過大不起作用,過小増加功耗, 且易燒壞開關觸點。例如:4SV宜流繼電器以並聯 1KH, 5W電阻為宜,瞬變電壓I ETI wE(R/Rj (Rl為絵圈內阻,E為電源電壓)電流衰減(75%) 時間為7皿,電阻R通常為(5~10)K,並且連接 時不必考慮電源的極性。
  2. 並聯放電二極管

接線方式如圖1(b)所示,當切斷線圏電壓 時,由於放電電流相反,電磁能便消耗,在並聯回 路中釆用這種方式,能量損耗小,境變電壓低,可 是延長了放電時間,導致繼電器延時釋放。降低 了動態響應特性。瞬變電壓I氐I < 1.0V,電流衰 減時間約14ms,二極管峰值耐壓應為負載電壓的 3倍以上。電流為平均整流電流。

 

3) 並聯電阻一電容支路

這種方式效果好,然而所用元件増多.如圖1 (c)所示,RC的值與線路電感和線圈的電感及電 阻有關,與電流極性無關。通常R在io-loan之 間,C在0.1 ~ 0.5HF之間,選用無極性電容,耐壓 為2悟電源峰值,也可選R = RL,C = iyR2 CL為線 圈高頻電感值)瞬變電壓i ET丨W(R/RJE,電流 衰減時間為10ms a

4) 並聯電阻二極管支路

如圖1(d)所示,電源與二極管的扱性不淮顛 倒,采用這種方式能夠減少釋放延迅時間,提高動 態特性。

5) 並聯雙向二極管

如圖He)所示,這種方式不必考慮電源的極 性,延遲時間短,但要保證管子耐壓至少是電源電 壓的2倍,穩壓管穩壓值為Us時,瞬變電壓

I ET I wUs+lV,電流衰減時間為3.5ms。

實際使用時,為了得到滿意的抑製效果,經常 按圖所示連接,綜合上述五種方式,應該 注意所並聯的各種放電元件都盡量放在線圈兩 端,引線力求最短,從避免線圈電感的線路分布電 容發生振蕩。

2)在觸點K兩端采取措施.為能有效地抑 製瞬變電壓的發生,可采用下麵幾種方式。

1)觸點並聯電阻一電容一二極管支路。如圖 2(a)所示,當觸點斷開時,線圈儲能的磁場能量產 生自感電勢,通過電源,二極管給電容器C放

 

 

電,僅依靠線圈內阻和二極管正向電阻對充電電 流起限製作用,所以充電過程很快,電流迅速衰減 至零。故觸點不會打火花,能把瞬變電壓的幅度 和寬度降到最小程度,適於高電平直流控製係統 使用。觸點閉合時,電容器通過電阻放電,限製其 放電電流,避免閉合的觸點K熔焊。

2觸點並聯穩壓管

當觸點斷開時,觸點兩端岀現高電壓,形成火 花放電,采用圖2(b)的形式,穩壓管穩壓值為 1.5E時,瞬變電壓丨呂I W0.5E,觸點兩端不會 岀現大於1.5E以上的電壓,從而抑製了瞬變電壓 和火花。值得注意的是程壓管和電源的極性關 係O

這種方法僅使用一個元件,可以說這是最簡 單的辦法,而且效果不錯,但穩壓管電流應足夠。

3觸點並聯電阻一電容支路

如圖2(c)所示.RC支路吸收L的磁場能量. 使觸點K不產生火花,當R + R = 2 JI元時,瞬 變電壓I Er \ 由於對電源極性沒

有要求,隻要注意C的耐壓值即可,所以這種方 法得到廣泛應用。 、

2 選用浪湧吸收器抑製浪湧電壓

包裝機械控製係統離不開電動機、繼電器,晶 閘管、半導體器件等電路在工作中有時會出現比 正常電壓(或電流)高岀許多倍的瞬時電壓(或電 流)稱為浪湧電壓(或浪浦電流)其中最普遍的是 開關浪湧電壓,當接通或斷開電感負載,繼電器的 線圈或變壓器一便開關器件時,經常產生開關浪 湧電壓,尤以切斷空載變壓器和繼電器最為嚴重,

 

為保護電路器件和設備免受浪湧衝擊,防止電路 和裝置發生誤動作,應有效地利用和發揮浪湧吸 收器件的作用。

通常,開關電感負載時所產生的浪湧電壓毘

 

式中L電感負載的電感量

如果不采取浪湧抑製措施,由於di/dt很大, 例如,直流6V繼電器線圈斷電時產生的浪湧電 壓可高達300 ~600V,當用Jtt點切斷線圈時,火花 會逐漸燒壞觸點,當用半導體器件切斷線圈時,浪 湧電壓會擊穿半導體器件,所以對浪湧電壓進行 抑製是係統設計中不可缺少的一部分,圖3中是 幾種有代表性的浪湧吸收器。

  1. RC電路。如圖3(a)所示,這是電容式浪湧
  2. 二極管

如圖3(b)所示,用二極管VD吸收浪湧,平時 二極管*承受反向電壓,不通電流,當開關&斷 開,L兩端的感應電壓使二極管V,正向導通丄兩 端短路。常用齊納二極管來防止過大電壓侵入電 路。這種方法的優點是可以任意選定電壓設定 值、缺點是響應速度慢,耐浪湧能力為幾安。

  1. 氧化鋅壓敏電阻器

這種器件以氧化鋅為主體材料,加入適當的 氧化悟等摻雜物,用陶瓷工藝製成,它的電壓非線 性係數較大,耐浪湧能力強,電壓範圍寬,響應速 度較快。漏電流小,工藝簡單,成本低廉。可以單 獨使用,是目前自動控製設備中廣泛使用的過電 壓保護器件。此外,尚有氧化鈦(TiQ)和氧化鐵 等為主體材料製造的金屬氧化物壓敏電 阻器,主要用於消除微電機等直流電動機的火 花。

3 數字電路中脈衝噪聲的抑製

在包裝機械的控製係統中,各種開關觸點的 跳動引起的火花是電子線路中必須認真對待的噪 聲。數字電路的工作特點是動作能量小,翻轉速 度快和僖號電平低,所以外部各種電磁變化產生 的噪聲容易影響數字電路的正常工作。數字電路 中出現誤動作的原因很多,其中窄脈衝和開關 點動作時的飯動現象引起的幹擾是絕不能忽視 的。

脈衝噪聲作用於電路,可以引起電路性能的 惡化和使部分元件擊穿、脈衝噪聲使觸發器電路 性能惡化而改變指令功能;使有儲器電路性能惡 化而改變存儲信息,使時鍾、計數器,振蕩器等電 路性能惡化而改變性能同步。可以說在邏輯電路 中危險數大的就是脈衝噪聲,所以抑製脈衝噪聲 是數字電路係統中抗幹擾設計的重要組成部分。

一般情況應根據脈衝信號和脈衝噪聲之間差 別,采取既保證脈衝信號不丟失,又有效地抑製脈 衝噪聲的措施。通常從脈寬和幅度兩方麵來區別 脈衝信號和脈衝噪聲,下麵介紹幾種在脈寬方麵 采取的措施。

所謂窄脈衝噪聲是指其脈寬比脈衝信號的脈 寬小得多,至少為1 : 3的程度,兩者差值越大,脈 衝噪聲越易抑製。

抑製窄脈衝噪聲,可以在數字電路的接口部 位加入RC構成濾波環節。利用RC的延遲作用來 抑製對脈衝噪聲的響應,一般稱之為延遲電路。 然而延遲電路往往會降低噪聲容限,易使輸出端 產生振蕩。圖4A點的波形能夠說明延遲電路 與產生波形振蕩的關係,Um為低電平噪聲輸入 電壓為高電平噪聲愉入電壓,在電容器C不 充電,不放電的穩態期間是噪聲容限較高的區域, 而在電平轉換過程中,當電容器C的充放電電壓 接近閥值Um時,噪聲容限降低,但微置噪聲便會

 

 

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