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电磁阀与继电器的抗干扰

    在热控调试的过程中,由于电磁阀或继电器的干扰导致微机板卡通道甚至整个板卡损坏的现象屡见不鲜.随着微机控制系统的普及,目前无论大小机组的热控专业都大量地采用计算机控制,而电磁阀和继电器又是控制设备中不可缺少的控制电器,因此抑制电磁阀或继电器的干扰对微机控制系统具有极其重要的意义.
  在成套控制系统中,常由可编程序控制器(PLC)或计算机分散型控制系统(DCS)的输出装置来控制电磁阀或继电器,由于种种原因这些输出装置(板卡)的抗干扰能力不尽相同,在上电调试之前应对这些回路进行必要的评估性测试,采取相应的抗干扰措施,杜绝损坏板卡通道或整块板卡的现象.
1 电磁阀的干扰及抑制措施
  电磁阀按驱动电源分为直流电磁阀和交流电磁阀.电磁阀是典型的感性负载.接通电磁阀线圈时,铁心尚未闭合,电感很小,所以交流电磁阀的启动电流冲击很大,约为稳态时电流的6~10倍.虽然此电流的绝对值并不大,一般不至于造成干扰,但必须充分评估输出板卡的容量是否能承受这种电流冲击的影响.
  电磁阀断电时,在线圈两端和连接导线上会出现很高的浪涌电压,并伴有衰减的高频振荡,这是一种很强的瞬变干扰,如果不采取抑制措施,不仅影响开关器件或触点,也会干扰电子装置的工作,甚至损坏电子元器件.
1.1 交流电磁阀的干扰抑制
  在施工中接触最多的是交流220V或交流110V电源驱动的交流电磁阀,除了需抑制切断线圈时的瞬变干扰外,还需抑制由低压电源带来的干扰,常用的方式有以下两种:
  1 继电器控制.采用继电器控制时,除断开时的电弧和放电造成干扰外,还有接触时由于触点的弹跳现象形成脉冲列式的干扰.
  一般应采用RC吸收回路,既能抑制接通和断开时的干扰,又保护了继电器的触点.为了方便也可以把RC吸收回路并联在触点上,以起到保护触点的作用.但是当连接线过长时,往往在抑制干扰方面起不到应有的作用,这一点通过梅县电厂Ⅱ期工程和现场试验已得到证实.
  虽然继电器起隔离作用,但其线圈是易发生干扰的电感线圈,因此输出板卡与继电器之间必须采用光电隔离.当控制器某输出通道有输出时,该通道的光电耦合器中的发光二极管流过电流而发光,此光线使光电耦合器中的光敏三极管饱和导通,于是继电器线圈电触点闭合.由于发光二极管和光敏三极管没有电气联系,故能实现电气隔离.
  2 双向晶闸管控制.该控制方式就是采用固态继电器或交流无触点继电器控制电磁阀,由于双向晶闸管的关断特性,此方式只能用于交流电磁阀的控制.
  双向晶闸管可以直接连接到交流负载回路,但是为了避免切断负载时的干扰,输出线上感应的干扰及动力电源的共模干扰等侵入控制器内部,仍需用光电在元件与控制器内部实现隔离,同时还要在双向晶闸管上并联RC吸收回路来缓冲关断时双向晶闸管上的电压变化.
  因为电磁阀是感性负载,负载电流滞后于电源电压,当驱动电压反相时,负载电流开始减少,经过一段时间后变为零,此时双向晶闸管才开始关断.但此刻突然加于阻断的双向晶闸管上的电压已很大,由于电压上升率很大,可能使双向晶闸管又导通,产生误动作,甚至损坏,所以必须使用RC吸收回路.
  R和C的数值取决于线路和电磁阀线圈的参数,但对一般应用场合,R为100Ω,C为0.1μF即可.C过大和R过小时,虽然能提高抑制效果,但会加大双向晶闸管关断时的漏电流,存在电磁阀不能由吸合变为释放的危险.
1.2 直流电磁阀的干扰抑制
  当输出时,光电耦合器接受控制器内部回路来的输出信号,发光二极管发光,耦合器的输出端光敏三极管饱和导通.为驱动用晶体管提供基极电流,电磁阀闭合.
  由于晶体管关断时间很短,切断线圈时的感应电压很高,所以同样必须在线圈上并联RC回路或者并联二极管、稳压管等.
1.3 吸收回路的安装方法
  RC等吸收回路应如图4a所示,直接并联在交流或直流电磁阀线圈的两端,而不能像图4b那样接在电子控制装置侧.原因是现场施工中连接线一般都很长,其分布参数将影响吸收回路发挥作用.只在线圈处安装吸收回路也是不够的,因为切断电磁阀时,长连接线的分布参数在过渡过程中产生的干扰仍会影响控制装置的工作,最好的安装方法如图4c所示,在控制装置的驱动侧配置合适的吸收器件.

2 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.

3 热控调试过程中应注意的问题
  1 充分了解输出装置和电磁阀继电器的规格形式,确定是否必要增加RC回路.由于设计不够细致或厂家自身原因,电子输出装置不具备必要的抗干扰措施,或者抗干扰的能力不强.因此,通电调试前应仔细核对有关规格参数,充分评估电子输出装置的抗干扰能力.
  2 认真检查线路的敷设情况,评估因长距离连线而产生的影响.
  3 根据实际情况确定是否增加抗干扰措施及具体实施方法,如上述正确安装吸收回路法,必要时可以做一些现场试验.
  4 由于干扰的不确定性,因此对干扰问题必须进行耐心的观察和评估,切勿掉以轻心,做到一劳永逸.

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