第三章 接地 江濱浩-2008-09

1、E EMMC C-3 -3 第三章第三章 接地技術接地技術o 概述概述o 安全接地安全接地o 地環(huán)路問題與解決方法地環(huán)路問題與解決方法o 公共阻抗耦合問題公共阻抗耦合問題o 各種接地方法各種接地方法E EMMC C-3 -3 概概 述述E EMMC C-3 -3 安安 全全 地地220V0V+ + + 關鍵詞關鍵詞： 安全，漏電保護，雷擊電流，泄放路徑，泄放電荷安全，漏電保護，雷擊電流，泄放路徑，泄放電荷 E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3NON !DisjoncteurTERREClacOUI !DisjoncteurdiffrentielE EMMC C-3 -3 接零保

2、護接地接零保護接地人體電阻人體電阻: 10- 1.5k歐歐，人體的安全電流值人體的安全電流值: 交流為交流為 15-20mA ，直流電流為直流電流為 40mA持續(xù)時間在持續(xù)時間在 1s以上以上, 安全電壓為安全電壓為 36VE EMMC C-3 -3PHNRelativement frquentTrs rareTerrecontact indirectE EMMC C-3 -3良好的接地良好的接地接地電阻甚小接地電阻甚小跨步電壓跨步電壓E EMMC C-3 -3 信信 號號 接接 地地o 傳統(tǒng)定義傳統(tǒng)定義： 地線就是電路中的電位參考點，它為系統(tǒng)中的所有電路提地線就是電路中的電位參考點，它為系統(tǒng)

3、中的所有電路提供一個電位基準供一個電位基準（假設零阻抗的理想）（假設零阻抗的理想）。o 真實情況真實情況 地線為信號流回源的路徑地線為信號流回源的路徑（少刻意畫出）（少刻意畫出） 地線阻抗不為零，電流流過有限阻抗時，必然會導致地線阻抗不為零，電流流過有限阻抗時，必然會導致電壓降電壓降不為零不為零E EMMC C-3 -3 地線引發(fā)干擾問題的原因地線引發(fā)干擾問題的原因V = I R地線電壓地線電壓地線是等地線是等電位的假電位的假設不成立設不成立電流走最小電流走最小阻抗路徑阻抗路徑難以確定地難以確定地電流的確切電流的確切路徑路徑地電流失地電流失去控制去控制較大的信號較大的信號 回路面積回路面積 較

4、強的電磁輻射較強的電磁輻射 電路間的互感耦電路間的互感耦增加對外的敏感度增加對外的敏感度1 2 3 E EMMC C-3 -3地線電位示意圖 2mV200mV2mV 10mV10mV 20mV20mV 100mV100mV 200mVp 原因：信號（地線電流）頻率高，感抗大，容抗小原因：信號（地線電流）頻率高，感抗大，容抗小p 設計方案：分割相對穩(wěn)定的電位區(qū)域設計方案：分割相對穩(wěn)定的電位區(qū)域E EMMC C-3 -3 信信 號號 接接 地地n 新定義新定義：信號電流流回信號源的低阻抗路徑信號電流流回信號源的低阻抗路徑強調強調： 流回路徑，低阻抗流回路徑，低阻抗E EMMC C-3 -3E EM

5、MC C-3 -3 導線的阻抗導線的阻抗o 導線的阻抗電阻導線的阻抗電阻內(nèi)電感內(nèi)電感Z = RAC + jLin 內(nèi)電感內(nèi)電感 直流電阻直流電阻8inLlmp=DClRSr= = 1 / ( f r r)1/2d深度0.37IIn 趨膚效應趨膚效應AD0.076CCRdf R=E EMMC C-3 -3 圓柱導線的阻抗高頻時，導線的直徑作用減小高頻時，導線的直徑作用減小頻率 Hz d = 0.65cm 10cm 1m d = 0.27cm 10cm 1m d = 0.06cm 10cm 1m d= 0.04cm 10cm 1m 10Hz 51.4 517 327 3.28m 5.29m 52.

6、9m 13.3m 133m 1k 429 7.14m 632 8.91m 5.34m 53.9m 14m 144m 100k 42.6m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07 1M 426m 7.12 540m 8.28 714m 10 783m 10.6 5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50 3.86 53 10M 4.26 71.2 5.4 82.8 7.14 100 7.7 106 50M 21.3 356 27 414 35.7 500 38.5 530 100M 42.6 54 71.4 77 150M 63.9 81 107 1

7、15 隨頻率增加，導線電阻增大隨頻率增加，導線電阻增大 半徑變小半徑變小 電阻增大電阻增大E EMMC C-3 -3 金屬條與導線的阻抗比較l / W金屬條阻抗/圓導線阻抗 同周長的金屬條阻抗和圓導線阻抗的比較同周長的金屬條阻抗和圓導線阻抗的比較00.10.20.30.40.50.61 2 3 4 5 6 7 8 9 10wE EMMC C-3 -3 回路的阻抗回路的阻抗n 回路的阻抗電阻回路的阻抗電阻回路回路的感抗的感抗回路的面積大，回路的電感值大，高頻時，回路的感抗高回路的面積大，回路的電感值大，高頻時，回路的感抗高ACZRj LLIw=+F=回回路感抗均回路感抗均正比于頻率正比于頻率導線

8、電阻導線電阻= E EMMC C-3 -3 地線問題地線問題1地環(huán)路干擾地環(huán)路干擾IGVGVN地環(huán)路I1I2 當當 時，產(chǎn)生噪聲電壓時，產(chǎn)生噪聲電壓 。 共模電流共模電流 干擾干擾12IINV12cIII=-（） 干擾源電壓E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3 地環(huán)路干擾形成的原因地環(huán)路干擾形成的原因 高高1. 接地點電位不同接地點電位不同2. 處在強交變電磁處在強交變電磁場中感應電壓場中感應電壓 V低低E EMMC C-3 -3 地環(huán)路干擾形成的原因地環(huán)路干擾形成的原因 地線電壓地線電壓強電流強電流線（地）阻抗）線（地）阻抗）干擾電流E EMMC C-3 -3 解決地環(huán)路干擾

9、的方法解決地環(huán)路干擾的方法 o 在地線上干擾電流確定時（在地線上干擾電流確定時（情況情況3 3），應減小地線阻抗，從而減?。?，應減小地線阻抗，從而減小干擾電壓干擾電壓o 在地線上干擾電壓確定時（在地線上干擾電壓確定時（情況情況2 2），）， ，增加地環(huán)路的阻抗，從，增加地環(huán)路的阻抗，從而減小地環(huán)路共模電流而減小地環(huán)路共模電流o 單點接地消除了地環(huán)路單點接地消除了地環(huán)路u 更實用的方法：更實用的方法： 隔離變壓器、光耦合、共模扼流圈、平衡電路等方法隔離變壓器、光耦合、共模扼流圈、平衡電路等方法u 思考題思考題：當將一端的設備與地線斷開時，干擾現(xiàn)象消失，：當將一端的設備與地線斷開時，干擾現(xiàn)象消失，

10、往往說明有地環(huán)路干擾問題，但是為什么不能反過來說：往往說明有地環(huán)路干擾問題，但是為什么不能反過來說：“當有地環(huán)路干擾時，只要將一端電路與地線之間的聯(lián)當有地環(huán)路干擾時，只要將一端電路與地線之間的聯(lián)線斷開，就可以解決問題線斷開，就可以解決問題” ？E EMMC C-3 -3 隔離變壓器隔離變壓器VG12屏蔽屏蔽CPVGVSVNRLn 方向相同的共模電流在變壓器初級繞組中互相抵消，方向相同的共模電流在變壓器初級繞組中互相抵消，變壓器變壓器 起到了隔離作用起到了隔離作用 。n 為了防止地回路電壓通過電繞組之間的分布電容耦合加至負為了防止地回路電壓通過電繞組之間的分布電容耦合加至負 載，造成干擾，電屏蔽

11、層應接至負載的接地端。載，造成干擾，電屏蔽層應接至負載的接地端。n 隔離變壓器不能傳輸直流和頻率很低的信號，隔離變壓器不能傳輸直流和頻率很低的信號， 體積大，成本高體積大，成本高 E EMMC C-3 -3102LfR CE EMMC C-3 -3 共模扼流圈的作用共模扼流圈的作用p 流過共模電流時磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具流過共模電流時磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當兩線圈流過差模電流時磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎兩線圈流過差模電流時磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎沒有電感量，所以差摸電流可以無衰減地通過。沒有

12、電感量，所以差摸電流可以無衰減地通過。 （差摸電流）（差摸電流）（共摸電流）共摸電流）E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3 共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS + VNVN / VGMRL/（RS + RL） = R1 / Lf()N1S1VRVj LRw+=LM=由VG引起的干擾電壓VN盡量減小 R1 和增大 L（磁導率）。1LRR=E EMMC C-3 -3光隔離器（）光耦器件RL發(fā)送接收VGVSCp E EMMC C-3 -3 平衡電路對地環(huán)路干擾的抑制平衡電路對地環(huán)路干擾的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2 I

13、N1IN2ISVL 平衡電路：平衡電路： Rs1= Rs2，RL1 = RL2，VS1 = Vs2 VL = IS（RL1 + RL2 ），地環(huán)路噪聲地環(huán)路噪聲 Vg 在負在負 載上沒有造成影載上沒有造成影 響，僅有信號電流響，僅有信號電流 I IS（差分電流）（差分電流） 流過負載。流過負載。p 高頻平衡電路難以實現(xiàn)，通常抑制效果較差。 VgE EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3 地線問題地線問題2公共阻抗耦合公共阻抗耦合o 當兩個電路的地電流流過一個公共阻抗時，當兩個電路的地電流流過一個公共阻抗時， 就發(fā)就發(fā)生了公共阻抗耦合

14、。生了公共阻抗耦合。 電路電路1電路電路2地電流地電流1地電流地電流2公共地阻抗公共地阻抗E EMMC C-3 -3 公共阻抗耦合實例公共阻抗耦合實例Vg改進改進1改進改進2p 說明：放大器（或類似電路）的實質是用小信號來對直流電說明：放大器（或類似電路）的實質是用小信號來對直流電 源調制，得到功率較大的信號。因此，源調制，得到功率較大的信號。因此，共用直流共用直流電源的路徑上電源的路徑上 的公共阻抗都會造成耦合干擾。的公共阻抗都會造成耦合干擾。 放大器放大器功率放大器功率放大器Vg降低公共阻抗的電壓降低公共阻抗的電壓避開公共阻抗的電壓避開公共阻抗的電壓E EMMC C-3 -3 接地方式種類

15、接地方式種類 信號接地方式信號接地方式 并聯(lián)單點接地 串聯(lián)單點接地 混合接地混合接地 多點接地多點接地 單點接地單點接地E EMMC C-3 -3 串聯(lián)單點接地串聯(lián)單點接地優(yōu)點：優(yōu)點：簡單簡單缺點缺點：公共阻抗耦合：公共阻抗耦合123I1I2I3ABCR1R2R3()()123123233BBAAACIIIZIUUUUIZUI ZU+=+=+=+E EMMC C-3 -3 串聯(lián)單點接地串聯(lián)單點接地 E EMMC C-3 -3 單點并聯(lián)接地單點并聯(lián)接地123I1I2I3ABC112233ABCUI ZUI ZUI Z=p 各電路的地電位只與本電路的地電流及地線阻抗各電路的地電位只與本電路的地電流

16、及地線阻抗 有關有關, 不受其他電路的影響。不受其他電路的影響。p 優(yōu)點：無公共阻抗耦合，優(yōu)點：無公共阻抗耦合，p 缺點：缺點：接地線過多接地線過多，長度為長度為(波長波長4)的奇數(shù)倍，為輻射的奇數(shù)倍，為輻射天線天線適用于適用于低頻電路低頻電路E EMMC C-3 -3 多點接地p 優(yōu)點：無優(yōu)點：無公共阻抗耦合，公共阻抗耦合，地線較短地線較短地線較短地線較短， 適合于高頻情況適合于高頻情況p 缺點：地環(huán)環(huán)路干擾缺點：地環(huán)環(huán)路干擾(),B,C1,2,31,2,31,2,3AUIRj Lw=+R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路3E EMMC C-3 -3 混合接地混合接地Vs地電流Rs低頻時

17、，電容的阻抗較大，放電路為單點接地方式，高頻時，電容阻抗較低，電路低頻時，電容的阻抗較大，放電路為單點接地方式，高頻時，電容阻抗較低，電路成為兩點成為兩點混合混合接地方式接地方式.Vs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流低頻時，為安全接地方式，高頻時，（感性）地線斷開，可切斷地環(huán)路電流。低頻時，為安全接地方式，高頻時，（感性）地線斷開，可切斷地環(huán)路電流。E EMMC C-3 -3高頻低頻E EMMC C-3 -3 接地選擇原則接地選擇原則o 對低頻（小于對低頻（小于1MHz）和公共地面小的情況）和公共地面小的情況（小于波長的（小于波長的 20 分之一），用單點接地。分之一），用單點接地。o 對高頻（

18、大于對高頻（大于10MHz）和公共地面大的情況）和公共地面大的情況（大于波長的（大于波長的20分之一），用多點接地。分之一），用多點接地。o 介于上述兩種情況，用混合接地。介于上述兩種情況，用混合接地。E EMMC C-3 -3 懸浮接地懸浮接地o 懸浮接地是將信號接地與安全接地分開的方法懸浮接地是將信號接地與安全接地分開的方法E EMMC C-3 -3 E EMMC C-3 -3串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地模擬電路模擬電路1模擬電路模擬電路2模擬電路模擬電路3數(shù)字邏輯控制電路數(shù)字邏輯控制電路數(shù)字信息處理電路數(shù)字信息處理電路繼電器驅動電路繼電器驅動電路馬達驅動電路馬達驅動電路n 折衷的方法：折衷的方法：按照特性分組，將相互之間不易發(fā)生干按照特性分組，將相互之間不易發(fā)生干擾的電路放在同一組。每個組內(nèi)采用串聯(lián)單點接地，獲擾的電路放在同一組。每個組內(nèi)采用串聯(lián)單點接地，獲得最簡單的地線結構，不同組的接地采用并聯(lián)單點接地，得最簡單的地線結構，不同組的接地采用并聯(lián)單點接地，避免相互之間干擾。避免相互之間干擾。E EMMC C-3 -3 例：線路板上的地線例：線路板上的地線噪聲噪聲模擬模擬數(shù)字數(shù)字在設計線路板時，要將模擬地、數(shù)字地以及