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接地技術在現代電子領域得到了廣泛而深入的應用。電子設備的“地”通常有兩層含義:一是“地”(安全地),二是“系統參考地”(信號地)。接地是指在系統和某個電位參考面之間建立一個低電阻的導電通路?!敖拥亍笔侵敢缘仉娢粸榛鶞?,以大地為零電位,將電子設備的金屬外殼和電路基準點連接起來。因為大地的電容很大,所以一般認為大地的電位為零。最初,接地技術主要用于電力系統,后來,接地技術擴展到弱電系統。弱電系統的接地一般不是指真正意義上的與大地相連的接地。對于電力電子設備, 接地線直接接地或連接到導體作為參考電位。當有電流通過參考電位時,接地點是電路中的一個公共參考點,該點的電壓為0 V,電路中其他點的電壓都以該參考點為準。一般電路圖中標注的各點的電壓數據都是相對于接地端子的大小,可以大大方便維修時的電壓測量。相同接地點之間的連接稱為接地線。將接地層與大地連接起來往往是基于以下考慮:提高設備電路系統的穩定性,釋放靜電,為工作人員提供安全保障。接地的目的:安全考慮,即保護接地。它提供了一個穩定的零電位參考點(信號地或系統地) 用于信號電壓屏蔽保護。
一、接地的種類和作用不同的電路有不同的接地方式。電子電力設備中常見的接地方法如下:
1.安全接地
安全接地是將高壓設備的外殼與大地連接起來。一是防止機箱上積累的電荷和靜電放電危及設備和人身安全,比如電腦機箱接地,加油機尾部拖在地上,都是為了釋放積累的電荷,防止事故發生;二是設備絕緣損壞,外殼帶電時,切斷電源,保護工作人員的安全,如冰箱、電飯煲的外殼。第三,可以屏蔽設備的巨大電場,起到保護作用,比如民用變壓器的防護欄。
2.防雷和接地
當電力電子設備遭受雷擊時,無論是直接雷擊還是感應雷擊,如果缺乏相應的防護,電力電子設備都會受到很大的損壞,甚至報廢。為了防止雷擊,我們通常在高處(如屋頂、煙囪)設置避雷針與大地連接,防止設備和人員的安全受到雷擊的危害。安全接地和防雷接地都是為了給電子電力設備或人員提供安全保護措施,保護設備和人員的安全。
3.工作接地
工作接地是為電路正常工作提供的參考電位。該參考電勢通常被設置為零。參考電位可以設置在電路系統中的某一點、某一段或某一塊。參考電位不接地時,視為相對零電位。但這種相對零電勢是不穩定的,它會隨著外界電磁場的變化而變化,從而改變系統的參數,導致電路系統運行不穩定。當參考電位與大地相連時,參考電位被視為大地的零電位,不會隨著外界電磁場的變化而變化。但是不合理的工作接地會增加電路的干擾。舉個例子, 接地點不正確造成的干擾和電子設備公共端子連接不正確造成的干擾。為了有效控制電路中的各種干擾,使其符合電磁兼容原則。我們在設計電路時,根據電路的性質,工作接地可以分為不同的類型,如DC接地、交流接地、數字接地、模擬接地、信號接地、電源接地、電源接地等等。不同的接地應分開設置。不要把它們混在一個電路里,比如數字地和模擬地不能共用一根地線,否則兩個電路會有非常強的干擾,使電路癱瘓!
4.信號
信號地是各種物理量信號源零電位的共同參考地。因為信號一般比較弱,容易受到干擾,不合理的接地會對電路造成干擾,所以對信號接地的要求比較高。
5.同時地
模擬地是模擬電路零電位的公共參考地。模擬電路中有小信號放大電路、多級放大電路、整流電路、穩壓電路等等。接地不當會造成干擾,影響電路的正常工作。模擬電路中的接地對整個電路來說意義重大,是整個電路正常工作的基礎之一。因此,模擬電路中的合理接地對整個電路來說是不可忽視的。
6.數字地
數字地是數字電路零電位的公共參考地。因為數字電路工作在脈沖狀態,特別是脈沖的前后沿比較陡或者頻率比較高的時候,大量的電磁波會對電路產生干擾。如果接地不合理,會加劇干擾,所以數字地接地點的選擇和接地線的敷設也要充分考慮。
7.電源接地
電源地是電源零電位的公共參考地。由于電源往往同時向系統中的所有單元供電,而每個單元所需的電源性質和參數可能有很大差異,因此需要保證電源和其他單元的穩定可靠運行。電源地一般是電源的負極。
8.電源地線
電源地是負載電路或電源驅動電路的零電位的公共參考地。由于負載電路或功率驅動電路的電流強,電壓高,如果接地線的接地電阻大,就會產生顯著的壓降,造成很大的干擾,所以對功率接地線的干擾大。因此,電源地必須與其他弱電地分開設置,以保證整個系統的穩定可靠運行。
屏蔽和接地要配合使用,才能達到良好的屏蔽效果。主要是考慮電磁兼容性,典型的兩種屏蔽是靜電屏蔽和交變電場屏蔽,分別介紹如下:
靜電屏蔽:當帶電導體被完整的金屬屏蔽包圍時,屏蔽的內側會感應出與帶電導體相同的電荷,外側也會出現相同的電荷,所以外側仍然有電場。如果金屬屏蔽層接地,外部電荷就會流入大地,金屬外殼外就沒有電場,相當于被屏蔽的外殼內帶電體的電場。