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欢迎各位同学回到电磁兼容课堂

我们接着讲第10讲

电气系统的接地

我们在上一讲

介绍了电气设备接地的一些主要的方式

这一讲

我们将这些基本的方式

应用到电气系统的接地上来

首先介绍单点接地

对于一些相互靠近的箱体

在低频下它的信号采用单点的接地

具体做法是

不同的设备的信号地

连到一个绝缘的母线排上面

这个母线排

用一个绝缘导线与大地相连

它的外壳也接到一个裸导体的公共接地排上面

然后接到大地上面

另外如果箱体分开很远

怎么办呢

一般它的外壳就直接接地

而它的信号接到一个绝缘的母线排上

为什么要接到一个公共的母线排上面呢

这样可以起到一个稳定定位参考点的作用

然后公共母线排用一个绝缘导线

也接到大地上面

第二，多点接地的应用

如果箱体分开很远

即使在低频下也应该采用多点接地的方式

一般的做法是

它的信号地与外壳相连

外壳接大地

另外一种方式

它的信号地与设备地都在一点接到大地上

浮地的方式是这样应用的

电气设备的信号地

都接到一个绝缘的公共母线排上面

但公共母线排是悬浮的

不和地相连

而设备的机箱各自与大地相连

对于一些大型的系统来说

我们首先要分析

设备内各类电气设备部件的干扰的特性

搞清楚设备内包含的电路单元的工作电平

以及信号的种类和抗干扰能力

按照电气部件和电路特性来分类划组

画出总体的布置图以及地线系统图

这是一个大型分散组合系统的接地系统图

在不同的系统的内部

也是准备三套地线分别进行串联的多点接地

然后再准备一套接地的干线

包括了噪声地线 信号地线以及机壳的地线

每一个系统的三类地线

分别接到接地干线的对应的接地线上面

和接地干线的三种地线

并联一点接到大地

如果大型分散系统相互之间距离很远

这样的话对于每个系统内部的三套地线

都直接并联单点接到大地上面

来解决它的接地的问题

这个图给出了

建筑物及其内部详细的接地方式

首先

建筑物的防雷接地与电源的中性点接地相连

连接到三相电源上的设备的信号地

一部分与建筑物的接地系统直接相连

一部分接到公共接地排上

然后与接地的干净的接地母排相连

建筑物钢筋 金属管线都与建筑物接地系统相连

而建筑物的接地系统与干净的接地母排相连

下面介绍地线的干扰及其消除

地线是有阻抗的

因此地线上面就会产生电位差

因此地线是等电位的假设本身不存在

另外电流要走最小的阻抗的路径

我们并不知道地电流的确切路径

这样会导致地电流失去控制

因此接地的目标要让电流走设定的路径

这个图给出了一个长地线的阻抗

它是一个谐振图

因此从这个图可以看出

子系统与接地母线的连接

应该小于λ/20

另外一方面

金属导体存在趋肤效应

一般来说1m导体的电感大概是1μH

另外在不同频率下的电阻

可以由直流电阻乘上一个与频率相关的系数

来得到

从这个表我们可以看出

直径是0.65cm的导线

和直径是0.06cm的导线

长度10cm

在10Hz时

对应的阻抗分别是51.4μΩ和5.29mΩ

但150MHz时

对应的阻抗分别为63.9Ω和107Ω

二者非常接近了

说明高频时由于趋肤效应

导线的直径对阻抗的影响变弱

大家发现没有

芯片的管脚都采用扁的导体

而从来不采用圆导体

从使用的角度来说

采用圆导体

更容易插入电路板

这是为什么

从这个图可以看出

随着金属条的宽厚比增加

金属条与圆导体的阻抗比变小

也就是说芯片采用扁脚具有更小的阻抗

最后简单介绍一下

如何阻隔地环路干扰

电气设备形成了地环路

一方面地上的定位差

作用在电子设备上面

另外一方面

外界的电磁场在环路面积也会产生电磁干扰

作用在设备上面

因此我们可以采取一些隔离的措施

把地回路隔离来减小由于地环路带来的干扰

这部分内容将在以后的章节进行介绍

地线由于有公共阻抗耦合就会产生电磁干扰

我们可以以这个图为例

来提出改进的措施

改进措施一

把两个放大器分别从左到右来进行通电

来消除它们之间的公共阻抗耦合

改进方式二是消除了它们之间公共的导线

来消除它的公共阻抗的耦合

下面一个内容是屏蔽的接地

静电屏蔽层它需要接地

来改善电场屏蔽的效果

屏蔽高频电磁场的良导体

它的屏蔽层也应当接地

屏蔽低频磁场的屏蔽体

最好也接地来增加屏蔽它电场的效果

另外屏蔽线 屏蔽电缆

电源的滤波器 变压器

都需要运行接地

下面介绍放大器屏蔽壳的接地

放大器电路它的输入端和输出端

与屏蔽壳之间的三个电容

构成了从输出级到输入级的电容反馈网路

可能导致放大器的自激

方式一

屏蔽罩与放大器输出端的地线相连

这时C₂ₛ被短路

反馈通道也随之消除

结果屏蔽罩既对放大器起到了屏蔽作用

又不致给放大器引入寄生电容

方式二

屏蔽罩在放大器输入端接地

虽然把寄生电容C₂ₛ短路了

但是放大器输出端信号电流

经C₃ₛ向输入端流动时

会在输入端地线上产生寄生电压形成反馈

方式三

屏蔽罩在放大器的输入端和输出端均会接地

放大器输入端

引入了公共阻抗干扰和地环路干扰

可以看出放大器屏蔽罩在输出端地线处接地

这样既可以消除出输出对输入端的干扰

又可以避免地环路产生的磁场干扰

再来看看双层屏蔽如何接地

左边将双层屏蔽连接

然后接地

负载直接接地

这样形成了一个大的接地回路

容易引入电磁干扰

右边的负载与屏蔽相连

再与放大器相连

构成的回路面积很小

属于正确的接地方式

最后我们来判断一下哪种接地方式是对的

左边的设备面板与机柜相连

机柜接地

电路板与地相连

右边的电路板与接地的机柜相连

设备面板直接接地

显然左边的接地方式是正确的

右边的电路板与机柜相连

会将机柜上的电磁骚扰引入到电路板

形成电磁干扰

最后总结一下

对于一个设备来说

应该建立三套地线系统

地线的阻抗是造成地线上干扰问题的根本原因

好的地线是指减小地线的阻抗

防止公共阻抗上的噪声

当电源两端接地时

会发生地环路干扰

产生的原因是地电位差或者是外界电磁场

这一讲内容就到这

谢谢各位同学