Гальванически связанные: Гальваническая развязка. Виды и работа. Особенности

Гальваническая развязка. Виды и работа. Особенности

Принцип изоляции электрической цепи от других цепей в одном устройстве называется гальваническая развязка или изоляция. С помощью такой изоляции осуществляется передача сигнала или энергии от одной электрической цепи к другой, без прямого контакта между цепями.

Гальваническая развязка дает возможность обеспечения независимости цепи сигналов, так как образуется независимый токовый контур сигнальной цепи от других контуров, в цепях обратной связи и при измерениях. Для электромагнитной совместимости гальваническая развязка является оптимальным решением, так как увеличивается точность измерений, повышается защита от помех.

Чтобы понять как работает гальваническая развязка, рассмотрим, как это реализуется в конструкции трансформатора.

Первичная обмотка электрически изолирована от вторичной обмотки. Между ними нет контакта, и не возникает никакого тока, если, конечно, не считать аварийный режим с пробоем изоляции или виткового замыкания. Однако разность потенциалов в катушках может быть значительной.

В результате, если даже вторичная обмотка будет связана электрически с корпусом устройства, а значит и с землей, то все равно на корпусе не возникнет паразитных токов, которые были бы опасны для работников и оборудования.

Виды

Такая изоляция электрических цепей обеспечивается различными методами с применением всевозможных электронных элементов и деталей. Например, трансформаторы, конденсаторы и оптроны способны осуществлять передачу электрических сигналов без непосредственного контакта. Участки цепи взаимодействуют через световой поток, магнитное или электростатическое поле. Рассмотрим основные виды гальванической изоляции.

Индуктивная развязка

Для построения трансформаторной (индуктивной) развязки необходимо применить магнитоиндукционный элемент, который называется трансформатором. Он может быть как с сердечником, так и без него.

При развязке трансформаторного вида применяют трансформаторы с коэффициентом трансформации, равным единице. Первичная катушка трансформатора соединяется с источником сигнала, вторичная – с приемником. Для развязки цепей по такой схеме можно применять магнитомодуляционные устройства на основе трансформаторов.

При этом напряжение на выходе, которое имеется на вторичной обмотке трансформатора, будет напрямую зависеть от напряжения на входе устройства. При таком методе индуктивной развязки существует ряд серьезных недостатков:

• Значительные габаритные размеры, не позволяющие изготовить компактное устройство.
• Частотная модуляция гальванической развязки ограничивает частоту пропускания.
• На качество выходного сигнала влияют помехи несущего входного сигнала.
• Действие трансформаторной развязки возможно только при переменном напряжении.

Оптоэлектронная развязка

Развитие электронных и информационных технологий полупроводниковых элементов в настоящее время повышает возможности проектирования развязки с помощью оптоэлектронных узлов. Основу таких узлов развязки составляют оптроны (оптопары), которые выполнены на основе тиристоров, диодов, транзисторов и других компонентов, чувствительных к свету.

В оптической части схемы, которая связывает приемник и источник данных, носителем сигнала выступают фотоны. Нейтральность фотонов дает возможность выполнить электрическую развязку выходной и входной цепи, а также согласовать цепи с различными сопротивлениями на выходе и входе.

В оптоэлектронной развязке приемник не оказывает влияние на источник сигнала, поэтому есть возможность модулирования сигналов широкого диапазона частот. Важным преимуществом оптических пар является их компактность, которая позволяет их применение в микроэлектронике.

Оптическая пара состоит из излучателя света, среды, проводящей световой поток, и приемника света, который преобразует его в сигнал электрического тока. Сопротивление выхода и входа в оптроне очень велико, и может достигать нескольких миллионов Ом.

Принцип действия оптрона довольно простой. От светодиода выходит световой поток и направляется на фототранзистор, который воспринимает его и осуществляет дальнейшую работу в соответствии с этим световым сигналом.

Более подробно работа оптопары выглядит следующим образом. Входной сигнал поступает на светодиод, который излучает свет по световоду. Далее световой поток воспринимается фототранзистором, на выходе которого создается перепад или импульс электрического тока выхода. В результате выполняется гальваническая развязка цепей, которые связаны с одной стороны со светодиодом, а с другой – с фототранзистором.

Диодная оптопара

В этой паре источником светового потока является светодиод. Такая пара может применяться вместо ключа и работать с сигналами частотой в несколько десятков МГц.

При необходимости передачи сигнала источник подает на светодиод питание, в результате чего излучается свет, попадающий на фотодиод. Под действием света фотодиод открывается и пропускает через себя ток.

Приемник воспринимает появление тока как рабочий сигнал. Недостатком диодных оптопар является невозможность управления повышенными токами без вспомогательных элементов. Также к недостаткам можно отнести их малый КПД.

Транзисторная оптопара

Такие оптические пары имеют повышенную чувствительность, в отличие от диодных, а значит, являются более экономичными. Но их скорость реакции и наибольшая частота соединения оказывается меньше. Транзисторные оптические пары обладают незначительным сопротивлением в открытом виде, и большим в закрытом состоянии.

Управляющие токи для транзисторной пары выше выходного тока диодной пары. Транзисторные оптроны можно применять разными способами:

• Без вывода базы.
• С выводом базы.

Без вывода базы коллекторный ток будет напрямую зависеть от тока светодиода, но транзистор будет иметь длительное время отклика, так как цепь базы всегда открыта.

В случае с выводом базы есть возможность увеличить скорость реакции подключением вспомогательного сопротивления между эмиттером и базой транзистора. Тогда возникает эффект, при котором транзистор не переходит в состояние проводимости до тех пор, пока диодный ток не достигнет значения, необходимого для падения напряжения на резисторе.

Такая гальваническая развязка обладает некоторыми преимуществами:

• Широкий интервал напряжений развязки (до 0,5 кВ). Это играет большую роль в проектировании систем ввода информации.
• Гальваническая развязка может функционировать с высокой частотой, достигающей нескольких десятков МГц.
• Компоненты схемы такой развязки имеют незначительные габаритные размеры.

При отсутствии гальванической изоляции наибольший ток, который проходит между цепями, может ограничиться только малыми электрическими сопротивлениями. В результате это приводит к возникновению выравнивающих токов, которые причиняют вред элементам электрической цепи и работника, которые случайно прикасаются к незащищенному электрооборудованию.

Похожие темы:

• Гальваническая развязка (Часть 2). Виды и задачи. Особенности
• Оптроны. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
• Твердотельные реле. Устройство и работа. Виды и особенности

Гальванически связанные цепи — Студопедия

Поделись с друзьями: 

Мы рекомендуем избегать применения гальванически связанных цепей, а если другого варианта нет, то желательно, чтобы размер этих цепей был по возможности малым и чтобы они располагались в пределах одного шкафа.

Примером гальванически связанной цепи является соединение источника и приемника стандартного сигнала 0…5 В (рис. 3.95, рис. 3.96). Чтобы пояснить, как правильно выполнить заземление, рассмотрим вариант неправильного (рис. 3.95) и правильного (рис. 3.96, монтажа. На рис. 3.95 допущены следующие ошибки:

o ток мощной нагрузки (двигателя постоянного тока) протекает по той же шине заземления, что и сигнал, создавая падение напряжения ;

o использовано однополярное включение приемника сигнала, а не дифференциальное;

o использован модуль ввода без гальванической развязки цифровой и аналоговой части, поэтому ток питания цифровой части, содержащий помеху, протекает через вывод AGND (Analog GrouND — «аналоговая земля») и создает дополнительное падение напряжения помехи на сопротивлении .

Перечисленные ошибки приводят к тому, что напряжение на входе приемника равно сумме напряжения сигала и напряжения помехи . Для устранения этого недостатка в качестве проводника заземления можно использовать медную шину большого сечения, однако лучше выполнить заземление так, как показано на рис. 3.96, а именно:

o все цепи заземления соединить в одной точке. При этом ток помехи уже не протекает через сопротивление ;

o проводник заземления приемника сигнала присоединить к той же общей точке. При этом ток уже не протекает через сопротивление , а падение напряжения на сопротивлении проводника не складывается с выходным напряжением источника сигнала .

Общим правилом ослабления связи через общий провод заземления является деление земель на аналоговую, цифровую, силовую и защитную с последующим их соединением только в одной точке. При разделении заземлений гальванически связанных цепей используется общий принцип: цепи заземления с большим уровнем помех должны выполняться отдельно от цепей с малым уровнем помех, а соединяться они должны только в одной общей точке. Точек заземления может быть несколько, если топология такой цепи не приводит к появлению участков «грязной» земли в контуре, включающем источник и приемник сигнала, а также если в цепи заземления не образуются замкнутые контуры, по которым циркулирует ток, наведенный электромагнитной помехой.

Рис. 3.95. Пример неправильного заземления

Недостатком метода разделения проводников заземления является низкая эффективность на высоких частотах, когда большую роль играет взаимная индуктивность между рядом идущими проводниками заземления, которая только заменяет гальванические связи на индуктивные, не решая проблемы в целом.

Большая длина проводников приводит также к увеличению сопротивления заземления, что важно на высоких частотах. Поэтому заземление в одной точке используется на частотах до 1 МГц, свыше 10 МГц заземлять лучше в нескольких точках, в промежуточном диапазоне от 1 до 10 МГц следует использовать одноточечную схему, если наиболее длинный проводник в цепи заземления меньше 1/20 от длины волны помехи. В противном случае используется многоточечная схема [Барнс].

Заземление в одной точке часто используется в военных и космических устройствах [Барнс].

Рис. 3.96. Пример решения проблемы, указанной на рис. 3.95

---

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  

---



Автоматический выключатель

. Что означает термин «гальванический контакт» в этом предложении?

спросил
5 лет, 4 месяца назад

Изменено
5 лет, 4 месяца назад

Просмотрено
4к раз

\$\начало группы\$

Проще говоря, выключатель или автоматический выключатель представляют собой два металлических контакта (электрода), которые находятся в ГАЛЬВАНИЧЕСКОМ КОНТАКТЕ друг с другом в замкнутом состоянии и разделены определенным расстоянием в разомкнутом состоянии.

Я не совсем понимаю, что значит гальваника в этом конкурсе. Я думал, что термин «гальванический» использовался для производства постоянного тока в результате химической реакции (гальванический элемент), но в автоматическом выключателе нет производства постоянного тока, так какое другое значение имеет гальванический?

• автоматический выключатель
• электрод

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Вы правы насчет гальванических элементов, но у этого слова есть и другие значения. Как это обычно бывает с человеческим языком, в этих разработках нет гарантии логической последовательности.

Гальванический контакт и гальваническая развязка просто относятся к наличию или отсутствию прямого электрического соединения. То есть ток по проводнику, а не соединение через емкостную или индуктивную связь, оптическую связь и так далее.

По моему опыту, гальваническая развязка — гораздо более распространенный термин. Например, трансформаторы и оптопары обеспечивают гальваническую развязку. Гальванический контакт имеет смысл как постоянный антоним, но я не видел, чтобы он использовался так часто.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Похоже на прямой омический контакт металл-металл. Большинство практичных переключателей и контактов подобраны таким образом, чтобы избежать окисления и гальванической коррозии, которые могут привести к потере контакта.

Назвать это гальваническим контактом, вероятно, значит приписать его Луиджи Гальвани, который сделал несколько важных открытий в области электричества.

Вот пара ссылок из Google:

«Словарь: Гальванический контакт — SEG Wiki
https://wiki.seg.org/wiki/Словарь:Гальванический_контакт
17 февраля 2017 г. — Фактический электрический контакт с землей, в отличие от индукции электрического тока за счет индукции. Называется омическим контактом, если не используется линейный контакт и выпрямление. Назван в честь Луиджи Гальвани (1737–179 гг.).8), итальянский анатом. Получено из …»

«Омический контакт — Википедия
https://en.wikipedia.org/wiki/Ohmic_contact
Омический контакт — это невыпрямляющий электрический переход: соединение между двумя проводниками, имеющее линейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) в соответствии с законом Ома.
‎Физика образования… · ‎Подготовка и… · ‎Технологически важные …»

\$\конечная группа\$

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Преобразователь постоянного тока

dc — Какова цель гальванической развязки?

Задавать вопрос

спросил
4 года, 6 месяцев назад

Изменено
4 года, 6 месяцев назад

Просмотрено
2к раз

\$\начало группы\$

Правильно ли говорить, что основной причиной наличия гальванической развязки (обеспечения минимального зазора и пути утечки для требуемого напряжения силовой цепи между ВН и НН) между силовой цепью ВН и цепью управления низкого напряжения является устранение возможности утечки ток или статический разряд между ними?

• преобразователь постоянного тока
• безопасность
• высоковольтная
• изоляция

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

— средства гальванической развязки

• не имеющие прямого пути проводника между разностью потенциалов
• обеспечивает порог пробоя изоляции на достаточно безопасном уровне, определенном IEEE и международными органами безопасности.
  • , где первичной защитой от освещения являются разрядники сеточные, затем разрядники 8 кВ встроенные в квартирные электросчетчики.
  • , то блоки питания разработаны в соответствии с местными стандартами, основанными на международных стандартах

  .

  • сетевой фильтр ослабляет скачки напряжения,
  • возможные клещи MOV, TVS или газотрубные с предохранителями обеспечивают дополнительную защиту от перенапряжения (OVP) для пробоя изоляции между проводниками с гальванической защитой
  • порог искрового пробоя 10 мкс примерно в >=3 раз превышает частоту сети переменного тока и порог пробоя постоянного тока, за некоторыми исключениями ниже из-за требуемого времени ионизации.
    Наилучшей гальванической развязкой могут быть оптопары из-за их связи с низким pF в широком корпусе с воздушным зазором внизу для типичных приложений, но не для всех.

это не значит;

• он защищен HIPOT, если пользователь говорит «земля-земля с плавающими выходами постоянного тока», в то время как Mfg тестирует HIPOT с плавающими выходами.
  • Я обнаружил 10 основных причин отказа в этом режиме от одного поставщика, который перевез продукт в Мексику после того, как я аттестовал его продукт в DVT, однако это была вина инженера-технолога из США и, в конечном счете, вина менеджера по обеспечению качества. Соединение с землей увеличивает напряжение поля емкости E в изоляции по сравнению с плавающим, что связывает емкость феррита CM обратно с источниками высокого напряжения.
• Если он пройдет HIPOT, он никогда не подведет в молниеносной столице Флориды.

• отсутствие статической проводимости

  • пользователь или инженер-испытатель крупной корпорации должен выполнить тесты ESD и HiPOT в наихудших условиях для проверки конструкции и процесса
  • потребитель должен остерегаться пыли, влажности и пренебрежения техническим обслуживанием
  • пыль + влага = подвижные ионы заряда между разностью потенциалов, если поток ускоряется и проводит достаточно, может возникнуть неисправность.

• устраняет риск ошибок данных из-за шума,

  • даже 1 м USB, так называемые сбалансированные дифференциальные линии, получают поврежденные соединения с гальванически изолированным источником питания, подключенным к заземленному компьютеру башни. Это часто происходит, когда длинные периферийные кабели подключены к мобильному устройству с питанием от SMPS, выступающему в качестве антенны для входа и выхода, и плохой CMRR на стандартном коротком кабеле USB2.

  • Это снижает напряжение в воздухе с 1 к~3 кВ/мм до 500 тип. до 100 В/мм в экстремальных случаях, что соответствует стандартному для отрасли уровню загрязнения окружающей среды. Насколько я помню, вы можете уменьшить его до 10 В / мм, если есть соляной туман.

  • Колебания частичного разряда (ЧР), подобные тикающему счетчику Гейгера, являются предшественниками коронного разряда в зависимости от уровня загрязнения изоляционной среды. (Каждый год крупные маслонаполненные трансформаторы по всему миру взрываются из-за этого часто предотвратимого факта из-за отсутствия мониторов.