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隨看自動(dòng)化技術(shù)和半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展,電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)迅速地向電氣控制設(shè) 備領(lǐng)域滲透,逐漸形成電力與電子設(shè)備互相結(jié)合, 強(qiáng)電和弱電交叉工作的局面。對(duì)包裝機(jī)械的電氣 控制系統(tǒng)也是如此。為了對(duì)包裝生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操 作和控制,把各種傳感器和控制裝置組成一個(gè)有 機(jī)的整體,使其完成特定的任務(wù)。在這個(gè)領(lǐng)域中 原來(lái)以強(qiáng)電和電器為主,功能簡(jiǎn)單的電氣控制設(shè) 備,已發(fā)展成為強(qiáng)弱電緊密結(jié)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制裝 置。這些控制裝置或設(shè)備由于其所用的元件和電 子線路,具有工作信號(hào)電平低,速度快,元器件安 裝密度等特點(diǎn),對(duì)電磁干擾比較敏感,因而使用現(xiàn) 場(chǎng)的電磁環(huán)境要求也比較苛刻。
大量實(shí)踐證明,如果這些電子控制裝置和系 統(tǒng)在設(shè)計(jì)制造、安裝和使用時(shí)缺乏正確的抗干擾 措施。輕則降低信號(hào)質(zhì)量,重則破壞電路的正常 功能,造成邏輯混亂,控制失靈,甚至發(fā)生損壞設(shè) 備和影響生產(chǎn)的事故。為此,必須有目的地釆取 措施來(lái)提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力,使控制系統(tǒng) 能在各種環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定,可靠地運(yùn)行。
在包裝機(jī)械控制系統(tǒng)中幾種常見(jiàn)的噪聲干擾 如:直流負(fù)載的噪聲、浪涌沖擊和數(shù)字電路中的脈 沖噪聲的干擾。近年來(lái),我們電源工作者在抑制 和消除這幾種噪聲干擾方面,做了大量的工作。
直流感性負(fù)載斷電時(shí)產(chǎn)生的瞬變?cè)肼暰哂心?量大,頻譜寬的特點(diǎn)。若電感的擊/dt很大,則在電 US時(shí)間內(nèi)達(dá)到(10-20)倍的電壓,高沖擊電壓不 僅會(huì)使設(shè)備嚴(yán)重破壞,而且還同時(shí)產(chǎn)生福射干擾 和傳導(dǎo)干擾。包裝機(jī)械控制裝置中大量使用繼電 器控制執(zhí)行元件和某些信號(hào)回路,當(dāng)打開(kāi)繼電器 控制電路開(kāi)關(guān)時(shí),線圏中電流斷開(kāi),線圈兩端感應(yīng) 一個(gè)高的反向電壓,在斷開(kāi)的觸點(diǎn)間引起電驅(qū)火 花。由于繼電器額定電流一般都較小(很少超過(guò) 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制接點(diǎn)兩端采 取適當(dāng)?shù)拇胧?/span>
接線方式如圖1(b)所示,當(dāng)切斷線圏電壓 時(shí),由于放電電流相反,電磁能便消耗,在并聯(lián)回 路中釆用這種方式,能量損耗小,境變電壓低,可 是延長(zhǎng)了放電時(shí)間,導(dǎo)致繼電器延時(shí)釋放。降低 了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。瞬變電壓I氐I < 1.0V,電流衰 減時(shí)間約14ms,二極管峰值耐壓應(yīng)為負(fù)載電壓的 3倍以上。電流為平均整流電流。
3) 并聯(lián)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(guān),與電流極性無(wú)關(guān)。通常R在io-loan之 間,C在0.1 ~ 0.5HF之間,選用無(wú)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(shí)間為10ms a
4) 并聯(lián)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(shí)間,提高動(dòng) 態(tài)特性。
5) 并聯(lián)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(shí)間短,但要保證管子耐壓至少是電源電 壓的2倍,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為Us時(shí),瞬變電壓
I ET I wUs+lV,電流衰減時(shí)間為3.5ms。
實(shí)際使用時(shí),為了得到滿意的抑制效果,經(jīng)常 按圖所示連接,綜合上述五種方式,應(yīng)該 注意所并聯(lián)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(fā)生振蕩。
(2)在觸點(diǎn)K兩端采取措施.為能有效地抑 制瞬變電壓的發(fā)生,可采用下面幾種方式。
1)觸點(diǎn)并聯(lián)電阻一電容一二極管支路。如圖 2(a)所示,當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí),線圈儲(chǔ)能的磁場(chǎng)能量產(chǎn) 生自感電勢(shì),通過(guò)電源,二極管給電容器C放
電,僅依靠線圈內(nèi)阻和二極管正向電阻對(duì)充電電 流起限制作用,所以充電過(guò)程很快,電流迅速衰減 至零。故觸點(diǎn)不會(huì)打火花,能把瞬變電壓的幅度 和寬度降到最小程度,適于高電平直流控制系統(tǒng) 使用。觸點(diǎn)閉合時(shí),電容器通過(guò)電阻放電,限制其 放電電流,避免閉合的觸點(diǎn)K熔焊。
2) 觸點(diǎn)并聯(lián)穩(wěn)壓管
當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí),觸點(diǎn)兩端岀現(xiàn)高電壓,形成火 花放電,采用圖2(b)的形式,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為 1.5E時(shí),瞬變電壓丨呂I W0.5E,觸點(diǎn)兩端不會(huì) 岀現(xiàn)大于1.5E以上的電壓,從而抑制了瞬變電壓 和火花。值得注意的是程壓管和電源的極性關(guān) 系O
這種方法僅使用一個(gè)元件,可以說(shuō)這是最簡(jiǎn) 單的辦法,而且效果不錯(cuò),但穩(wěn)壓管電流應(yīng)足夠。
3) 觸點(diǎn)并聯(lián)電阻一電容支路
如圖2(c)所示.RC支路吸收L的磁場(chǎng)能量. 使觸點(diǎn)K不產(chǎn)生火花,當(dāng)R + R = 2 JI元時(shí),瞬 變電壓I Er \ 由于對(duì)電源極性沒(méi)
有要求,只要注意C的耐壓值即可,所以這種方 法得到廣泛應(yīng)用。 、
包裝機(jī)械控制系統(tǒng)離不開(kāi)電動(dòng)機(jī)、繼電器,晶 閘管、半導(dǎo)體器件等電路在工作中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)比 正常電壓(或電流)高岀許多倍的瞬時(shí)電壓(或電 流)稱(chēng)為浪涌電壓(或浪浦電流)其中最普遍的是 開(kāi)關(guān)浪涌電壓,當(dāng)接通或斷開(kāi)電感負(fù)載,繼電器的 線圈或變壓器一便開(kāi)關(guān)器件時(shí),經(jīng)常產(chǎn)生開(kāi)關(guān)浪 涌電壓,尤以切斷空載變壓器和繼電器最為嚴(yán)重,
為保護(hù)電路器件和設(shè)備免受浪涌沖擊,防止電路 和裝置發(fā)生誤動(dòng)作,應(yīng)有效地利用和發(fā)揮浪涌吸 收器件的作用。
通常,開(kāi)關(guān)電感負(fù)載時(shí)所產(chǎn)生的浪涌電壓毘
式中L—電感負(fù)載的電感量
如果不采取浪涌抑制措施,由于di/dt很大, 例如,直流6V繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的浪涌電 壓可高達(dá)300 ~600V,當(dāng)用Jtt點(diǎn)切斷線圈時(shí),火花 會(huì)逐漸燒壞觸點(diǎn),當(dāng)用半導(dǎo)體器件切斷線圈時(shí),浪 涌電壓會(huì)擊穿半導(dǎo)體器件,所以對(duì)浪涌電壓進(jìn)行 抑制是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分,圖3中是 幾種有代表性的浪涌吸收器。
如圖3(b)所示,用二極管VD吸收浪涌,平時(shí) 二極管*承受反向電壓,不通電流,當(dāng)開(kāi)關(guān)&斷 開(kāi),L兩端的感應(yīng)電壓使二極管V,正向?qū)▉A兩 端短路。常用齊納二極管來(lái)防止過(guò)大電壓侵入電 路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以任意選定電壓設(shè)定 值、缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢,耐浪涌能力為幾安。
這種器件以氧化鋅為主體材料,加入適當(dāng)?shù)?氧化悟等摻雜物,用陶瓷工藝制成,它的電壓非線 性系數(shù)較大,耐浪涌能力強(qiáng),電壓范圍寬,響應(yīng)速 度較快。漏電流小,工藝簡(jiǎn)單,成本低廉。可以單 獨(dú)使用,是目前自動(dòng)控制設(shè)備中廣泛使用的過(guò)電 壓保護(hù)器件。此外,尚有氧化鈦(TiQ)和氧化鐵 等為主體材料制造的金屬氧化物壓敏電 阻器,主要用于消除微電機(jī)等直流電動(dòng)機(jī)的火 花。
在包裝機(jī)械的控制系統(tǒng)中,各種開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的 跳動(dòng)引起的火花是電子線路中必須認(rèn)真對(duì)待的噪 聲。數(shù)字電路的工作特點(diǎn)是動(dòng)作能量小,翻轉(zhuǎn)速 度快和僖號(hào)電平低,所以外部各種電磁變化產(chǎn)生 的噪聲容易影響數(shù)字電路的正常工作。數(shù)字電路 中出現(xiàn)誤動(dòng)作的原因很多,其中窄脈沖和開(kāi)關(guān) 點(diǎn)動(dòng)作時(shí)的飯動(dòng)現(xiàn)象引起的干擾是絕不能忽視 的。
脈沖噪聲作用于電路,可以引起電路性能的 惡化和使部分元件擊穿、脈沖噪聲使觸發(fā)器電路 性能惡化而改變指令功能;使有儲(chǔ)器電路性能惡 化而改變存儲(chǔ)信息,使時(shí)鐘、計(jì)數(shù)器,振蕩器等電 路性能惡化而改變性能同步??梢哉f(shuō)在邏輯電路 中危險(xiǎn)數(shù)大的就是脈沖噪聲,所以抑制脈沖噪聲 是數(shù)字電路系統(tǒng)中抗干擾設(shè)計(jì)的重要組成部分。
一般情況應(yīng)根據(jù)脈沖信號(hào)和脈沖噪聲之間差 別,采取既保證脈沖信號(hào)不丟失,又有效地抑制脈 沖噪聲的措施。通常從脈寬和幅度兩方面來(lái)區(qū)別 脈沖信號(hào)和脈沖噪聲,下面介紹幾種在脈寬方面 采取的措施。
所謂窄脈沖噪聲是指其脈寬比脈沖信號(hào)的脈 寬小得多,至少為1 : 3的程度,兩者差值越大,脈 沖噪聲越易抑制。
抑制窄脈沖噪聲,可以在數(shù)字電路的接口部 位加入RC構(gòu)成濾波環(huán)節(jié)。利用RC的延遲作用來(lái) 抑制對(duì)脈沖噪聲的響應(yīng),一般稱(chēng)之為延遲電路。 然而延遲電路往往會(huì)降低噪聲容限,易使輸出端 產(chǎn)生振蕩。圖4中A點(diǎn)的波形能夠說(shuō)明延遲電路 與產(chǎn)生波形振蕩的關(guān)系,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(wěn)態(tài)期間是噪聲容限較高的區(qū)域, 而在電平轉(zhuǎn)換過(guò)程中,當(dāng)電容器C的充放電電壓 接近閥值Um時(shí),噪聲容限降低,但微置噪聲便會(huì)
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