耦合,过耦合,电磁感应定律:两个线圈之间距离过近会发生过耦合,使效率降低,过耦合是怎么回事,

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电磁感应问题若两个线圈绝缘地绕在一跟铁心上(与之绝缘),当滑动变阻器触头以使一个线圈内电流增大,那连在第二个线圈上的电流表会怎么样?不断变化还是瞬间变化?
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一个线圈内电流增大,就会改变通过第二个线圈的磁场和磁通量,最后在第二个线圈内产生感应电流,所以电流表应该会瞬时变化的.
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&&&磁耦合谐振式无线电能传输系统的一种线圈优化设计方法
磁耦合谐振式无线电能传输系统的一种线圈优化设计方法
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value="2007年,美国麻省理工的学者们提出了一种基于强磁耦合谐振理论的无线电能传输新方法。他们“隔空”点亮了一盏离电源2m开外的60W灯泡,当距离为1m时,效率高达40%。与传统的电磁感应无线电能传输技术相比,采用磁耦合谐振式的无线电能传输系统传输效率更高、传输距离更远,因而电磁谐振式无线电能传输技术在医疗、消费电子领域有着更加广阔的应用前景。  目前对于磁谐振式无线电能传输系统的骨架--谐振线圈的参数优化设计所做的研究还比较少。谐振线圈的两个参数--耦合系数k和品质因素Q,对系统的传输效率有着至关重要的作用,因此,合理地优化和设计线圈物理结构上的各项参数显得尤为必要。在实际应用中,由于四线圈结构的谐振式无线电能传输系统比两线圈、三线圈系统具有更加优越的性能,成为目前研究的热点。基于此,本文对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统及其线圈优化设计进行了研究。  首先深入分析和研究了无线电能传输技术的发展现状,并对不同种类的无线电能传输技术的进行了对比,指出了磁耦合谐振式无线电能传输的优势。基于等效电路模型,分析了最基本的两线圈结构系统的传输效率、传输功率以及频率分裂现象。重点分析了四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率,并在一定的条件下加以优化。  其次,以提高系统传输效率为目的,进行线圈优化的理论分析。选用能够节省空间的平面螺旋线圈结构,在电源频率、线圈面积、导线半径固定的情况下,对线圈的匝数、匝间距进行合理的优化,使得系统的两个作为中继接力的平面螺旋谐振线圈的品质因数和耦合系数之积达到最大,从而提高整个系统传输效率。同时利用ANSYS系列电磁仿真软件Maxwell进行线圈的模型仿真,参数提取,优化谐振线圈。利用Maxwell和Simplorer联合仿真验证理论优化方法的正确性。  最后,搭建了四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统。做出了多组分析对比试验,仿真和试验结果验证了本文线圈优化方法的正确性。"/>
2007年,美国麻省理工的学者们提出了一种基于强磁耦合谐振理论的无线电能传输新方法。他们“隔空”点亮了一盏离电源2m开外的60W灯泡,当距离为1m时,效率高达40%。与传统的电磁感应无线电能传输技术相比,采用磁耦合谐振式的无线电能传输系统传输效率更高、传输距离更远,因而电磁谐振式无线电能传输技术在医疗、消费电子领域有着更加广阔的应用前景。  目前对于磁谐振式无线电能传输系统的骨架--谐振线圈的参数优化设计所做的研究还比较少。谐振线圈的两个参数--耦合系数k和品质因素Q,对系统的传输效率有着至关重要的作用,因此,合理地优化和设计线圈物理结构上的各项参数显得尤为必要。在实际应用中,由于四线圈结构的谐振式无线电能传输系统比两线圈、三线圈系统具有更加优越的性能,成为目前研究的热点。基于此,本文对四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统及其线圈优化设计进行了研究。  首先深入分析和研究了无线电能传输技术的发展现状,并对不同种类的无线电能传输技术的进行了对比,指出了磁耦合谐振式无线电能传输的优势。基于等效电路模型,分析了最基本的两线圈结构系统的传输效率、传输功率以及频率分裂现象。重点分析了四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率,并在一定的条件下加以优化。  其次,以提高系统传输效率为目的,进行线圈优化的理论分析。选用能够节省空间的平面螺旋线圈结构,在电源频率、线圈面积、导线半径固定的情况下,对线圈的匝数、匝间距进行合理的优化,使得系统的两个作为中继接力的平面螺旋谐振线圈的品质因数和耦合系数之积达到最大,从而提高整个系统传输效率。同时利用ANSYS系列电磁仿真软件Maxwell进行线圈的模型仿真,参数提取,优化谐振线圈。利用Maxwell和Simplorer联合仿真验证理论优化方法的正确性。  最后,搭建了四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统。做出了多组分析对比试验,仿真和试验结果验证了本文线圈优化方法的正确性。
摘要: 2007年,美国麻省理工的学者们提出了一种基于强磁耦合谐振理论的无线电能传输新方法。他们“隔空”点亮了一盏离电源2m开外的60W灯泡,当距离为1m时,效率高达40%。与传统的电磁感应无线电能传输技术相比,采用磁耦合谐振式的无线电能传输系统传输效率更高、传输距离更远,因而电磁谐振式无线电能传输技术在医疗、消费电子领域有着更加广阔的应用前景。  目前对于...&&
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知识点小记。。。
电路课程主要研究三种状态:直流,暂态(三要素法,电感电流不突变,电容电压不突变,拉普拉斯变换,常用语信号与系统的学习分析),正弦稳态(相量法,相量不是个有实际物理意义的量,仅仅是为了简化三角运算而规定的一个复数量)。。。
复数概念的回顾,一般常用两种表示方法:1.代数法,常用于加减运算 2.极坐标法,常用于乘除运算,模值和辅角,辅角用反正切函数计算,arctan(虚部/实部),当实部为正数时,就是直接所得结果,当实部为负数时,若虚部为正,结果加π,虚部为负,结果减π。。。
电路课程中的复数虚部不用i而用j表示,是为了防止与电流i混淆。。。 正弦量包括三要素:振幅,角频率,初相。。。 但凡是正弦量,其振幅和有效值就有这样的关系,Im=根号2*I,这是经过均方根计算,通过求积分得到的,有效值实际上是一个直流值的大小,它与是交流值做功等效的直流值的值。。。 正弦量有效值与振幅的关系与角频率和初相无关。。。
相量是一个包含模值和辐角的复数,实际上就是一个以极坐标形式表示的复数。。。 一个相量与一个正弦量相对应,但相量并不等于正弦量,要经过一系列变换才能相等。。。 相量简化了正弦稳态电路的分析运算,化三角运算为复代数运算。。。 只有同频的相量才能进行相互间的运算,不同频的运算没有意义。。。 旋转量:e^j(π/2)=j 选装90°&&&&&&&&&
e^j(-π/2)=-j旋转-90° e^jπ=-1旋转180°
电路图 ,电路模型 ,相量模型。。。 R&&&&& jwL&&&&&
1/jwC 对原值求导,其相量表示法,就相当于乘以一个jw,对原值求积分,其相量表示法,就相当于除以一个jw。。。
阻抗Z=R+jX=|Z|(cosθ+jsinθ) 与电阻类似,X&0,感性,X&0,容性。。。 导纳Y=G+jB=|Y|(cosθ+jsinθ) 与电到类似,B&0,容性,B&0,感性。。。 XY=1。。。
G=R/|Z|^2=R/Z*Z共轭&&
B=-X/Z*Z共轭
R=G/|Z|^2=G/Z*Z共轭&&
X=-B/Z*Z共轭
两个辐角互为相反数。。。
向量图可以辅助解题。。。 关于正弦稳态电路功率的问题。。。 有以下几个功率:瞬时功率p,平均功率、即有功功率P,无功功率Q,视在功率S,复功率。。。 电路明日继续。。。
refute 反驳&&
reflect 反射&&
reverse 颠倒,颠fu&&&
propose predict revenge
把周期性电压或电流在一个周期内产生的平均效应换算成效应相等的直流量,这个直流量就称为周期量的有效值。。。 求有效值就是求均方根。。。 瞬时功率p包括不可逆部分和可逆部分,其中不可逆部分的恒定分量即有功功率P,也就是平均功率P,无功功率是瞬时功率可逆部分的振幅。。。 瞬时功率不可逆部分是由电感和电容功率互补后的结果,不足部分由外电路提供。。。 无功功率是由储能元件引起的,与外电路进行交换的功率,这部分能量在往复交换过程中,没有消耗,所以称为无功功率。。。 视在功率是满足一个一端口有功功率和无功功率要求时,有外电路提供的功率容量。。。 复功率只是一个用来辅助进行功率计算的复数。。。 复功率和视在功率都没有实际意义,都是用来表征特性和辅助计算的。。。
瞬时功率p=RI^2(1+cos2wt)-(wL-1/wC)I^2sin2wt=UIcosα(1+cos2wt)-UIsinαsin2wt R=|Z|cosθ&&&&&
(wL-1/wC)=|Z|sinθ 瞬时功率是两个同频正弦量的乘积,是一个周期性的非正弦周期量。。。 对于无源一端口(指的是独立源),其功率因数角等于其阻抗角,功率因数λ=cosφ 若是阻抗Z=Z=R+jX,则有P=UIcosφ=I^2R=IUr&&&&&
Ur=Ucosφ端口电压的有功分量Q=UIsinφ=I^2X=IUx&&&&&&&&&&&&& Ux=Usinφ端口电压的无功分量&&& 若是导纳Y=G+jB,则有P=UIcosθ=U^2G=IgU&&&&&& Ig=Icosθ输入电流的有功分量Q=-UIsinθ=-U^2B=-IbU&&&&&&&&&&&&& Ib=Isinθ输入电流的无功分量&&& θ=-φ
复功率S=相量U*相量I的共轭=UI辐角ψu-ψi=P+jQ 复功率S=相量U*相量I的共轭=(相量I*Z)*相量I的共轭=I^2Z 复功率S=相量U*相量I的共轭=相量U*(相量U*Y)的共轭=U^2Y的共轭 ∑P=0&&
∑S通常不等于0&&
∑复功率=0 最大功率传输定理,共轭匹配。。。 当Zl=Zeq的共轭=Req-jXeq时, 负载上有最大功率Pmax=Uoc^2/4Req 但是,注意,负载有最大功率时,并不等同于有最大效率η,有最大功率时的效率仅为50%。。。
cease fire,grenade,pistol,sub mashine gun, shot gun,sniper rifle,assault,remote,corpsman,zombie,reload,pregnant,infrared moisture elevation海拔,evolution进化,relevant相关的,deserve one's name
三伏法用于串联电路 三安法用于并联电路 三表法,常用于研究一端口电路的功率,一个电流表,一个电压表,一个功率表,其中功率表测得的是有功功率,即平均功率,注意其在电路中的接法,P=UIcosφ,电压表和电流表测得的结果可用于计算视在功率。。。
通常说一个电路消耗的功率,是指这个电路消耗的有功功率,即平均功率。。。 在用相量法表征计算的正弦稳态稳态电路时,基本延续了直流电路的定律和关系。。。 KCL,KVL,VCR。。。 解电路方程:网孔电流法,回路电流法(自阻,互阻,无伴电流源注意在独立支路和公共支路的区别),结点电压法(自导,互导必为负值,无伴电压源注意在独立支路和公共支路的区别) 叠加定理(只用于线性电路,受控源通常不参与叠加,但若所求值是受控源控制量时,受控源可以参与叠加),齐性定理,戴维宁等效(电压源串电阻),诺顿等效(电流源并电阻)。。。 戴维宁诺顿等效,开路电压,短路电流,等效电阻(等效电阻的求法有三种,一种是直接计算法,一种是外加电源求输入阻抗法(既可以外加电压源,也可以外加电流源),还有就是求开路电压和短路电流的比值)(求等效电阻时,电路中所有读立源置零,电压源短路,电流源断路) 电流源串电阻对外等效为那个电流源本身,电压源并电阻对外等效为那个电压源。。。
含有耦合电感的电路 磁耦合现象,互感,耦合因数,耦合电感的同名端,耦合电感的磁通链方程。。。 载流线圈之间通过磁场相互联系的物理现象称为磁耦合现象。。。 自感磁通链ψ11=L1*i1
ψ22=L2*i2
互感磁通链ψ12=M12*i2&&& ψ21=M21*i1 ψ12 下标的含义,右边的表示施感电流,左边的表示所作用的线圈。。。 彼此耦合的线圈,工程上称之为耦合电感。。。 当电路中只有两个线圈耦合时,互感系数相等,既M=M12=M21。。。 对于两个互感线圈,每个线圈的磁通链分别是 ψ1=ψ11+或-ψ12=L1*i1+或-M12*i2&&& ψ2=ψ22+或-ψ21=L2*i2+或-M21*i1 当互感磁通链与自感磁通链方向相同时,称为同向耦合。。。 当互感磁通链与自感磁通链方向相反时,称为反响耦合。。。 同名端:当电路为同向耦合时,施感电流的入端(或出端)定义为耦合电感的同名端。。。即当一个含有耦合电感的电路,其同名端已标注,当电流都是从同名端流入,则其是同向耦合,耦合线圈的磁通链是自感磁通链和互感磁通链的和,反之亦然。。。 耦合因数 k=M/(根号L1*L2)&=1 恒定的施感电流产生自感和互感磁通链,不产生自感或互感电压。。。 耦合电感的磁通链方程可以扩展到正弦稳态电路,用相量法计算。。。 &&
根据法拉第电磁感应定律,耦合电感端口有感应电压。。。 但是不变动(直流)电流,虽然能产生自感和互感磁通链,却不能产生自感电压或互感电压。。。 可以用CCVS(电流控制电压源)在电路图中表示互感电压。。。 耦合电感上的电压由自感电压和互感电压组成。。。 耦合电感支路的电压,不仅与支路上的电流有关,还与之相耦合的支路电流有关。。。 对于还有耦合电感的串联电路,通常包括两种情况:同向串联,对应于同相耦合,其相量表示形式,包括三部分 (反相串联时)耦合电感支路阻抗Z1=R1+jw(L1-M)Z2=R2+jw(L2-M)电路的输入阻抗Z=(R1+R2)+jw(L1+L2-2M) 可见,在电路反向串联时,耦合电感支路阻抗和输入阻抗,都比无互感是小,就相当于电路里串联电容,称为互感的“容性”效应。。。 对于含有耦合电感的并联电路,通常也包括两种状况:同侧耦合和异侧耦合。。。 对于并联电路,同侧耦合对应于同相耦合,异侧耦合对应于反向耦合。。。 去耦等效电路,是由含有耦合电感的并联电路推到出来的,但其应用范围并不至于并联电路,可以拓展到任意含有两条耦合支路的三支路结点。。。 若是含有2条支路的耦合电感每一支路的任一端都都与第三条支路共同构成含有三条支路的公共点,则其可以由无耦合的三条支路等效代替,且等效代替后的结点并不同于代替前的结点。。。 等效法则:支路三
M (同侧为正,异侧为负,注意,此处的同侧和异侧仅仅是相对于结点来说,不一定就是并联) 支路一 同侧为L1-M 异侧L1+M 支路二 同侧为L2-M 异侧为L2+M
含有耦合电感电路的功率。。。 I1M(dI2/dt)与I2M(dI1/dt)是互感电压耦合的功率,并且它们与耦合电感支路共同实现电磁能的转换和传输。。。 对于复功率,含有耦合电感支路的复功率,不同于正常电路的复功率,里面会有互感电压的耦合功率,用相量表示法有jwM(I2相量)(I1相量的共轭)
,jw(I1相量)(I2相量共轭)。。。 因为,(I2相量)(I1相量的共轭)与(I1相量)(I2相量共轭)是一对共轭复根,实部相同,虚部相反,则,其前面乘以j,可得,耦合功率的实部互为相反数,虚部相等。。。 耦合电感在同向耦合时,呈现感性,在反向耦合时,呈现容性效应。。。这就是为什么互感电压耦合功率的虚部对两耦合线圈的影响和性质相同,要么同时加强自感,要么共同削弱自感。。。互感电压耦合功率的实部,即其有功功率,符号相反,即输入耦合电感的功率等于输出耦合电感的功率,体现了互感的非耗能储能特性。有功功率是通过电磁场传播的。。。 当互感电压耦合的功率超出消耗量,则出现“过冲”。。。 空心变压器。。。 理想变压去,耦合因数K=1 ,即 L1L2=M^2,且N1/N2=U1/U1=根号L1/L2=-I2/I1
空心变压器,当耦合电感仅仅有两个耦合线圈构成时,可以视为空心变压器。。。 在空心变压器的相量模型里,图略,当一次侧接电压源Us,二次侧接负载Zl,电感取同向同名端,且电压与电流呈关联参考方向时,有KVL方程 (R1+jwL1)I1+jwMI2=UsjwMI1+(R2+jwL2+Zl)I2=0 其中,令Z1=R1+jwL1&&&
Z2=R2+jwL2 I1=U1/[Z1+[(wM)^2/Z2+Zl)]]I2=-(jwM/Z1)U1/[Z2+Zl+[(wM)^2/Z1]] 其中(wM)^2/Z2+Zl是二次侧等效到一次侧的引入阻抗。。。(wM)^2/Z1是一次侧等效到二次侧的引入阻抗。。。(jwM/Z1)U1是二次侧的开路电压。。。 理想变压器,耦合电感可视为理想变压器的条件是:1.线圈和磁芯的损耗为零 2.线圈之间无漏磁,即全耦合,耦合因数为1 3.磁芯的磁导率为无穷大。。。 理想变压器,一次侧和二次侧的电压比即匝比,U1:U2=N1:N2&&&
电流比是匝比反比的负数,I1:I2=-N2:N1 理想变压器里不再标注自感和互感系数,只标注匝比 n:1和同名端。。。 理想变压器有三个特性:1.无论何时,理想变压器的功率始终为零。 2.若是二次侧接负载Zl,则一次侧的等效阻抗为 (n^2)Zl 3.理想变压器是一个互易二端口。 注意,在做关于同名端的题目时,除了注意同名端与同相耦合,反向耦合的联系,还要注意耦合电感支路电压和电流是否是关联参考方向。。。 至于解电路方程时,用到的回路电流法和结点电压法实质是就是KVL和KCL和拓展应用。。。 含有耦合电感的电路,在求解时,通常不能直接采用结点电压法,因为与结点相连的自导纳往往不能直接表示。。。 感应电压产生的感应电流,总是阻碍耦合电感磁通链的变化(楞次定律),这个结论常用于动态时通过电流表指针判断耦合电感同名端的题目。。。
接近一周没写了,回来一定补上…
计算极限的12种方法:1.利用极限的四则运算和幂指数的运算法则。。。 2.利用函数的连续性。。。 3.利用变量替换和两个重要极限。。。 4.利用等价无穷小替换。。。 5.罗比达法则。。。 6.左,右极限法。。。 7.数列的极限转换成函数的极限。。。 8.夹逼定理 9.递归数列的极限,先用单调有界判别法证明其极限存在,再代入反推极限大小。。。 10.定积分求n项和法。。。 11.利用泰勒级数。。。 12.利用导数的定义。。。
129,anim生命,活,心神,意见130,anthrop(o)人,人类131,aqu水132,arch统治者,首脑archy 统治133,avi鸟134,bat打135,biblio书136,birg战斗,打137,cad,cas降落,降临138,cert 确定,确信139,chron时140,cid降落,降临141,clin倾142,co**(o)世界,宇宙143,cracy统治crat支持144,cub躺,卧145,cult耕,培养146,cycl(o)圈,环,轮147,dem(o)人民148,dexter右149,doc教150,dom屋,家151,dorm睡眠152,drom跑153,ego我154,err漫游,走,行155,fabl,fabul 言156,feder联盟157,ferv沸,热158,fict,fig塑造,虚构159,fid信任160,fil线161,flat 吹162,flect,flex弯曲163,flict打击164,frag,fract破,折165,frig冷166,fug逃,散167,fund,found底,基础168,gam婚姻169,gram谷物,谷粒170,grav重171,greg群,集合172,gyn,gynce(o)妇女173,hal呼吸174,helic(o)螺旋175,hes,her粘着176,ign火177,integr整,全178,junct连接,连结179,later边180,leg读181,leg,legis法182,luc光183,lumin光184,magn(i)大185,matr(i),metro母186,mega大187,mens测量188,ment心,神,智,思,意189,min伸出,突出190,misc混合,混杂191,mis(o)恨,厌恶192,mon告诫,提醒193,mon单独,一个194,mur墙195,mut变换196,nat诞生197,nav船198,nect,nex结,系199,negr,nigr黑200,nihil无201,noc,nox伤害202,noct(i)夜203,norm规范,正规,正常204,nutri营养205,orn装饰206,par生,产207,parl说,谈208,past喂,食209,path(o),pathy疾病,疗法210,patr(i)父,祖211,ped脚,足212,ped儿童,小孩213,petr(o)石214,phag吃215,phil(o)爱216,phob(ia)怕217,plex重叠,重218,polis城市219,prim第一,最初220,radic根221,ras,rad擦,刮222,rid,ris笑223,rod,ros咬,啮224,rot轮,转225,rud原始,粗野226,rur,rus农村227,sat,satis,satur足,满,饱228,sen老229,simil,simul相似,相同230,sol单独231,sol太阳232,soph智慧233,sper希望234,spers,spars散,撒235,splend发光,照耀236,stell星237,tact,tag触238,the(o)神239,ton音240,tort扭241,tour迂回,转242,trud,trus推,冲243,tut,tuit监护,看管244,umbr阴影245,ut,us用246,vas走,漫游247,val强248,van空,无249,ver(i)真实250,voc,vok声音,叫喊251,vol,volunt意志,意愿252,volu,volv滚,转
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保存至快速回贴电子电路设计之工控设备抗干扰总结
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一、干扰的分类
1.1. 干扰的分类
干扰的分类有好多种,通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。
按产生的原因分:可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。
按传导方式分:可分为共模噪声和串模噪声。
按波形分:可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。
1.2. 干扰的耦合方式
干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。因此,我们有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式,无非是通过导线、空间、公共线等等,细分下来,主要有以下几种:
1) 直接耦合:
这是最直接的方式,也是系统中存在最普遍的一种方式。比如干扰信号通过电源线侵入系统。对于这种形式,最有效的方法就是加入去耦电路。
2) 公共阻抗耦合:
这也是常见的耦合方式,这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。为了防止这种耦合,通常在电路设计上就要考虑。使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。
3) 电容耦合:
又称电场耦合或静电耦合。是由于分布电容的存在而产生的耦合。
4) 电磁感应耦合:
又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。
5) 漏电耦合:
这种耦合是纯电阻性的,在绝缘不好时就会发生。
二、常用硬件抗干扰技术
针对形成干扰的三要素,采取的抗干扰主要有以下手段。
2.1抑制干扰源
抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。
抑制干扰源的常用措施如下:
1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路,电阻一般选几K到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响
3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。
4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。
5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。
6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。
2.2切断干扰传播路径
按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。
所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大,要特别注意处理。
所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。
切断干扰传播路径的常用措施如下:
1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。
2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)
3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。
4)电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机、继电器)与敏感元件(如单片机)远离。
6) 用地线把数字区与模拟区隔离。数字地与模拟地要分离,最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则。
7)单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。
8)在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,可显著提高电路的抗干扰性能。
2.3提高敏感器件的抗干扰性能
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。
提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下:
(1) 布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。
(2) 布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦合噪声。
(3) 对于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。
(4) 对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813,X等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。
(5) 在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。
(6) IC器件尽量直接焊在电路板上,少用IC座。
2.4其它常用抗干扰措施
(1)交流端用电感电容滤波:去掉高频低频干扰脉冲。
(2)变压器双隔离措施:变压器初级输入端串接电容,初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地,次级外屏蔽层接印制板地,这是硬件抗干扰的关键手段。次级加低通滤波器:吸收变压器产生的浪涌电压。
(3)采用集成式直流稳压电源:有过流、过压、过热等保护作用。
(4)I/O口采用光电、磁电、继电器隔离,同时去掉公共地。
(5)通讯线用双绞线:排除平行互感。
(6)防雷电用光纤隔离最为有效。
(7)A/D转换用隔离放大器或采用现场转换:减少误差。
(8)外壳接大地:解决人身安全及防外界电磁场干扰。
(9)加复位电压检测电路。防止复位不充分,CPU就工作,尤其有EEPROM的器件,复位不充份会改变EEPROM的内容。
(10)印制板工艺抗干扰:
①电源线加粗,合理走线、接地,三总线分开以减少互感振荡。
②CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND之间接电解电容及瓷片电容,去掉高、低频干扰信号。
③独立系统结构,减少接插件与连线,提高可靠性,减少故障率。
④集成块与插座接触可靠,用双簧插座,最好集成块直接焊在印制板上,防止器件接触不良故障。
⑤有条件的采用四层以上印制板,中间两层为电源及地。
如何提高工控设备的抗干扰能力?
答:工控设备的核心问题,就是抗干扰能力,如果抗干扰能力不够高,那么,这个设备就是没有多大用处。
要提高工控设备的抗干扰能力,首先就是要学会正确的使用PLC。
1.PLC的内核电源和输入输出接口电源应该独立。
绝大多数的用户,在设计系统电源时,只有一个电源,PLC的内核和接口都用这个电源。懂得光耦原理的人就会发现,这种接法,会把光耦旁路掉,也就是说,光耦完全没有起到隔离的作用,整个PLC完全是在“裸奔”,没有任何的保护能力,非常危险的!正确的做法是多加一个电源,专门只给PLC内核供电。输入输出接口可以共用一个电源。
2.PLC的输出口如果接到感性负载,例如电磁阀,继电器等有线圈的负载,需要在负载两端反向加一个吸收二极管。具体的方法,可以到我们的网站查看产品的接线图。
如果没有这个反向二极管,在电磁阀或继电器断开的瞬间,会产生一个反向电动势。这个反向电动势,和输出口的电源叠加在一起,会大大超过输出三极管(或场效应管)的电压承受极限,导致三极管击穿。对于反向二极管的参数,只要是电流不小于继电器电流,耐压不低于接口电源电压就行了,像1N7都没有任何问题。另外,市场上的电磁阀,接线如果标有正负极的,就表示里面已经有了吸收电路,不用外接二极管了。
3.电源的选择。
干扰信号都是高频信号。比较典型的干扰信号源有变频器,可控硅调压电路。现在市面上的电源大多是开关电源,体积小,效率也很高,但是,最大的缺点就是,高频干扰信号可以长驱直入。而过去的老式电源,里面有个很大体积的变压器那种,体积大,效率低,但是对于高频干扰信号却可以很有效的抑制。所以,在选择内核电源时,应该选择老式变压器电源。
如果找不到老式变压器电源,可以在开关电源前接一个1:1的隔离变压器,或在内核电源的输入端接共模线圈,用来阻隔高频干扰。
干扰有2个途径,一是导线传导,二是空间辐射传导。以上的1和3就可以解决导线传导的干扰。对付空间干扰,最有效的办法就是加屏蔽罩(千万不要以为加屏蔽罩是可有可无的)。配电柜就是个很好的屏蔽罩。但是,屏蔽罩对于来自内部的干扰却束手无策。由于继电器甚至接触器一般也装配在在配电柜里面,继电器在断开的瞬间会产生一个高频干扰,这个干扰就会通过空间辐射,干扰PLC的工作。这时候,就要对配电柜内部的布局有一定的要求了。PLC应该尽量远离继电器以及继电器控制的大电流电缆,以减少空间辐射干扰。如果干扰仍然严重,可以考虑用锡纸把PLC包起来,相当于给PLC单独加一个屏蔽罩。
看了上面的内容,有些设备工程师,会有疑惑:“我都这样(没有按照上面的要求做)做了几十年了,也没有出现什么问题呀”?虽然设备在工作,但却不是最佳状态,属于“带病工作”
继电器和接触器的干扰和抑制措施
继电器和接触器都是感性负载,所用的干扰抑制措施与电磁阀所采用的措施基本相同.不过从小的控制用继电器到大负载用的接触器的容量相差很悬殊.对小的继电器或接触器,通常由可编程序控制器或微机直接进行控制,而对大容量的接触器往往需通过辅助继电器进行控制.一般情况下,触点容量30A以下者RC回路为470Ω和0.1μF,触点容量30A以上者,RC回路为470Ω和0.47μF。
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