Что такое гальваническая изоляция. Зачем нужна изоляция в измерительных системах. Какие существуют методы гальванической изоляции. Как выбрать подходящий тип изоляции. Где применяется гальваническая развязка.
Что такое гальваническая изоляция и зачем она нужна
Гальваническая изоляция (или гальваническая развязка) — это метод разделения электрических цепей, при котором ток не может протекать напрямую между ними. При этом энергия или сигнал могут передаваться между цепями другими способами — через электромагнитное поле, оптически или емкостным методом.
Основные причины применения гальванической изоляции в измерительных системах:
- Защита оборудования и людей от высоких напряжений
- Устранение паразитных контуров заземления
- Подавление синфазных помех
- Согласование цепей с разными уровнями напряжений
- Повышение точности измерений
Без гальванической развязки разность потенциалов между цепями может приводить к протеканию паразитных токов, искажающих измеряемые сигналы. Кроме того, высокие напряжения могут повредить чувствительные компоненты измерительной системы.
Основные методы реализации гальванической изоляции
Существует три основных метода создания гальванической развязки между цепями:
Оптическая изоляция
Принцип действия: электрический сигнал преобразуется в световой поток с помощью светодиода, который передается через диэлектрический барьер и принимается фотоприемником, преобразующим его обратно в электрический сигнал.
Преимущества оптической изоляции:
- Нечувствительность к электромагнитным помехам
- Высокая скорость передачи данных
- Простота реализации
Недостатки:
- Деградация характеристик со временем
- Необходимость периодической калибровки
Индуктивная (трансформаторная) изоляция
Принцип действия: сигнал передается между двумя индуктивно связанными обмотками, разделенными изолирующим барьером.
Преимущества индуктивной изоляции:
- Высокая скорость передачи данных
- Длительный срок службы
- Возможность передачи больших мощностей
Недостатки:
- Чувствительность к внешним магнитным полям
- Сравнительно большие габариты
Емкостная изоляция
Принцип действия: сигнал передается через емкостную связь между проводниками, разделенными диэлектриком (обычно диоксидом кремния).
Преимущества емкостной изоляции:
- Высокая скорость передачи данных
- Нечувствительность к магнитным помехам
- Компактные размеры
- Длительный срок службы
Недостатки:
- Невозможность передачи сигналов постоянного тока
Сравнение методов гальванической изоляции
| Параметр | Оптическая | Индуктивная | Емкостная |
|---|---|---|---|
| Скорость передачи данных | Средняя | Высокая | Высокая |
| Диэлектрическая прочность | Хорошая | Очень хорошая | Отличная |
| Срок службы | Средний | Длительный | Длительный |
| Чувствительность к магнитным помехам | Нет | Есть | Нет |
Типы гальванической изоляции в измерительных системах
В системах сбора данных и измерительном оборудовании различают два основных типа гальванической изоляции:
Изоляция «канал-земля»
Определяет максимальное напряжение, которое может существовать между входом измерительного канала и заземлением прибора. Позволяет устранить большинство проблем с паразитным заземлением.
Изоляция «канал-канал»
Определяет максимальное напряжение между отдельными измерительными каналами. Обеспечивает полную независимость каналов друг от друга и от общего заземления прибора.
Важно понимать, что наличие изоляции «канал-земля» не гарантирует изоляцию между каналами. Однако если в системе реализована межканальная изоляция, то изоляция относительно земли обеспечивается автоматически.
Где применяется гальваническая изоляция
Гальваническая развязка широко используется в различных областях измерительной техники и промышленной автоматизации:
- Системы сбора данных и регистраторы
- Измерительные приборы (мультиметры, осциллографы)
- Промышленные датчики и преобразователи
- Медицинское оборудование
- Источники питания
- Телекоммуникационное оборудование
- Системы управления электроприводами
Как выбрать оптимальный метод гальванической изоляции
При выборе способа реализации гальванической развязки следует учитывать следующие факторы:
- Требуемый уровень изоляции (максимальное рабочее напряжение)
- Скорость передачи данных
- Условия эксплуатации (температура, вибрации, ЭМП)
- Габаритные ограничения
- Стоимость
Для большинства применений оптимальным выбором является емкостная изоляция, обеспечивающая высокую скорость, компактность и длительный срок службы. Однако в условиях сильных магнитных полей лучше использовать оптическую развязку.
Преимущества использования гальванической изоляции
Применение гальванической развязки в измерительных системах дает ряд важных преимуществ:
- Повышение точности измерений за счет устранения паразитных токов
- Защита оборудования от перенапряжений и помех
- Возможность измерения сигналов в широком динамическом диапазоне
- Снижение уровня шумов и наводок
- Обеспечение электробезопасности персонала
- Увеличение надежности и срока службы измерительной аппаратуры
Заключение
Гальваническая изоляция является важнейшим элементом современных измерительных систем, обеспечивающим их высокую точность, надежность и безопасность. Правильный выбор метода и параметров гальванической развязки позволяет значительно улучшить характеристики измерительного оборудования и расширить область его применения.
Гальваническая изоляция в системах сбора данных
Автор Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных
В этой статье подробно рассказывается о значимости изоляции в системах сбора данных.
Прочитав ее, вы:
- узнаете о том, что такое электрическая изоляция;
- узнаете о различных способах обеспечения изоляции;
- осознаете значимость изоляции в процессе сбора данных и измерений.
Готовы? Начинаем!
Перейти к разделу
Что такое электрическая изоляция?
Зачем нужна изоляция?
Когда требуется изоляция?
Проблемы синфазного напряжения и их решение
Что такое коэффициент подавления синфазного напряжения (КПСН)
Проблемы паразитного заземления и их решение
Области применения изоляции
Три основных метода изоляции
Оптическая изоляция
Индуктивная изоляция
Емкостная изоляция
Сравнение методов изоляции
Ключевые термины в области изоляции
Изоляция «канал-земля»
Изоляция «канал-канал»
Диэлектрическая прочность
Изолированные системы сбора данных Dewesoft
Что такое электрическая изоляция?
Иногда называемая гальванической развязкой, электрическая изоляция подразумевает отделение контура прибора от других источников электрического тока.
Зачем нужна изоляция?
По своей природе токи помех могут быть как переменными, так и постоянными. Например, когда датчик размещается непосредственно на тестируемом объекте (источнике питания), напряжение которого превышает 0 вольт, это может вызывать смещение постоянной составляющей сигнала. Электрические помехи или шумы могут также принимать форму сигналов переменного тока, создаваемых другими электрическими компонентами в сигнальном канале или в окружающей среде в месте проведения испытания.
Изоляция особенно важна в отношении аналоговых входных сигналов, которые мы хотим измерить. Многие из этих сигналов существуют на относительно низких уровнях, и внешнее электрическое напряжение может сильно влиять на сигнал, приводя к неправильным показаниям. Представьте себе выход термопары, который составляет всего несколько тысяч вольт, и как легко перегрузить его электрическими помехами.
Даже обычная питающая линия в здании генерирует электрическое поле частотой 50 или 60 Гц в зависимости от страны.
Вот почему лучшие системы сбора данных имеют изолированные входы — для сохранения целостности сигнальной цепи и эффективного считывания выходных сигналов датчиков.
Кроме того, существуют высокие напряжения, которые при перекрестном подключении неизолированной системы могут повредить или вывести из строя дорогостоящее оборудование. В худшем случае это может привести к травмам или даже смерти испытателя. Считается, что для людей опасны напряжения, превышающие ср.кв. напряжение 30 Vrms, 42,4 В переменного тока или 60 В постоянного тока.
В сфере испытаний и измерений предотвращение или устранение паразитного заземления и синфазных перенапряжений имеет решающее значение для проведения точных измерений, защиты испытательного оборудования и проверяемых объектов и, самое главное, защиты людей от воздействия опасного напряжения.
Прежде чем сигналы пройдут через усилитель и будут переданы в аналого-цифровые преобразователи, мы должны обеспечить их целостность, и лучший способ сделать это — использовать изоляцию.
Ознакомьтесь с современными цифровыми системами сбора данных с полной межканальной изоляцией от компании Dewesoft
Когда требуется изоляция?
Проще будет ответить на вопрос: «А когда изоляция НЕ требуется?». Чтобы определить, требуются ли изолированные входы для данной сферы применения, задайте себе следующие вопросы:
- Существуют ли поблизости источники опасного высокого напряжения? (Провода высокого напряжения снаружи здания? Электрические генераторы?)
- Имеются ли в здании или в той же электрической сети большие двигатели, турбины, сварочные аппараты или другое оборудование, использующее мощный ток?
- Колеблется ли потенциал заземления вашей системы питания?
- Подвержена ли система питания выбросам напряжения или импульсным помехам? Часто ли здание подвергается ударам молний?
- Проводите ли вы измерения сигналов на уровне милливольт непосредственно на компонентах или структурах, на которых может присутствовать другое напряжение?
Если вы ответили «да» на один или несколько вопросов, то, скорее всего, изоляция входов будет оправдана.
Рассмотрим типичную среду проведения измерений с помощью систем сбора данных и потенциальные источники помех:
| Высокие напряжения, электрические генераторы | Большие двигатели, турбины, сварочные аппараты | Колебание потенциала заземления | Выбросы напряжения и импульсные помехи | Измерение сигналов на уровне милливольт | |
|---|---|---|---|---|---|
| Лаборатория | Редко | Возможно | Возможно | Возможно | Да Термопары Тензодатчики Резистивные датчики температуры |
| Автомобильные заводы | Да | Да | Возможно | Возможно | Да |
| Заводы реактивных двигателей | Да Электрические генераторы Инверторы | Да | Возможно | Возможно | Да Термопары Тензодатчики Зарядовые акселерометры |
| Электростанции | Да Всегда! | Да Двигатели Турбины | Возможно | Да Коммутирующее реле Импульсные помехи прерывателя | Да |
| Испытательные трассы | Нет | Нет | Да (автомобильная шина постоянного тока) | Да Молнии Смена аккумуляторных батарей | Да Термопары Тензодатчики |
| Центр летных испытаний | Да | Возможно | Да Коммутация питания Шины переменного/постоянного тока | Да Молнии | Да Термопары Зарядовые акселерометры Тензодатчики |
| Структурные испытания (лабораторные) | Редко | Редко | Нет | Возможно | Да Тензодатчики Зарядовые акселерометры |
| Структурные испытания (внешние) | Возможно | Редко | Возможно | Да Молнии | Да |
Очевидно, что в любой области применения изоляция входов не поможет полностью устранить воздействие помех, имеющих естественную или техногенную природу.
Измерительные системы, в которых изоляция входов не предусмотрена, стоят дешевле систем с изоляцией. Однако, в чем же смысл измерительной системы, если не в том, чтобы производить точные измерения, свободные от помех?
Проблемы синфазного напряжения и их решение
Синфазные напряжения — это паразитные сигналы, которые попадают в измерительную цепь, как правило, от кабеля, соединяющего датчик с измерительной системой. Иногда называемые шумом, эти напряжения искажают реальный сигнал, который мы пытаемся измерить. В зависимости от амплитуды они могут варьироваться от «незначительных помех» до полного перекрывания реального сигнала, делающего измерение бесполезным.
Представление дифференциального усилителя
Наиболее простым способом устранения синфазных сигналов является использование дифференциального усилителя. Этот усилитель имеет два входа: положительный и отрицательный. Усилитель измеряет только разницу между двумя входами.
Электрический шум от кабеля датчика должен присутствовать на обеих линиях — положительной линии сигнала и линии заземления (или отрицательной линии сигнала).
Дифференциальный усилитель будет отклонять сигналы, общие для обеих линий, пропуская только нужный сигнал, как показано на рисунке ниже:
Дифференциальный усилитель успешно устраняет синфазные сигналы в пределах входного диапазона синфазного напряжения
Это отлично работает, но есть ограничения на объем синфазных сигналов, которые может отклонить усилитель. Если объем синфазных сигналов в сигнальных линиях превышает максимальный входной диапазон дифференциального усилителя, он отсекает сигнал. В результате получается искаженный, бесполезный выходной сигнал, как показано ниже:
Дифференциальный усилитель искажает или отсекает сигнал при превышении входного диапазона синфазного сигнала
В таких случаях необходим дополнительный уровень защиты от синфазных напряжений и электрических помех в общем (а также от паразитного заземления, о котором пойдет речь в следующем разделе) — изоляция.
Изолированные входы усилителя «плавают» над синфазным напряжением.
Их конструкция подразумевает изолирующий барьер с напряжением пробоя 1000 вольт и более. Это позволяет отклонять очень высокий уровень синфазных шумов и устранять паразитное заземление.
Изолированный дифференциальный усилитель отклоняет даже очень высокий уровень синфазного шума
Изолированные усилители создают такой изолирующий барьер, используя крошечные трансформаторы для разделения («смещения») входного и выходного сигнала, небольшие оптопары, или емкостную связь. Последние два метода обычно обеспечивают максимальную производительность.
Что такое коэффициент подавления синфазного напряжения (КПСН)
Коэффициент подавления синфазного напряжения (КПСН) дифференциального усилителя (или других устройств) — это система показателей, используемая для количественной оценки способности устройства отклонять синфазные сигналы, то есть те, которые появляются одновременно и в фазе на обоих входах.
Идеальный дифференциальный усилитель будет иметь бесконечный коэффициент подавления синфазного сигнала.
Однако на практике это невозможно. Высокий КПСН требуется, когда дифференциальный сигнал должен быть усилен в присутствии потенциально большого синфазного входного сигнала, такого как сильные электромагнитные помехи (ЭМП).
Проблемы паразитного заземления и их решение
Если его не предотвратить, паразитное заземление может стать серьезной проблемой для измерительных систем. Иногда называемое «шумом», паразитное заземление связано с непреднамеренной привязкой электрооборудования к более чем одному пути заземления — любая разность потенциалов в этих точках заземления может вызывать токовую петлю, что может приводить к искажениям сигнала. Если амплитуда этих искажений достаточно высока, это может сделать измерение бесполезным.
На рисунке ниже измерительный усилитель соединен с землей (GND 1) с одной стороны. Для подключения датчика используется асимметричный экранированный кабель, металлический корпус которого помещен на проводящую поверхность в точке GND 2. Из-за длины кабеля существует разница в потенциале между GND1 и GND 2.
Эта разность потенциалов действует как источник напряжения, обьединяясь с электромагнитным шумом окружающей среды.
Паразитное заземление, вызванное разностью потенциалов заземления
Если бы датчик можно было отделить от GND 2, это могло бы решить проблему. Но это не всегда возможно. Кроме того, иногда по правилам безопасности требуется привязка к экрану кабеля, а значит отказаться от него нельзя.
Оптимальным решением является использование дифференциального усилителя внутри изолированного преобразователя сигнала. Всего одно изменение позволяет решить эту проблему.
Устранение проблем разности потенциалов заземления с помощью изоляции
Паразитное заземление может также поступать от самого прибора через его собственный источник питания. Мы помним, что наша измерительная система подключена к источнику питания, который имеет опорное заземление. Поэтому крайне важно отделить эту привязку от компонентов обработки сигналов, чтобы исключить образование паразитного заземления внутри прибора.
Паразитное заземление, вызванное источником питания
Эта ситуация может быть опасной, если существует неисправность проводки. В случае с путем тока высокого напряжения от источника питания, что произойдет, если линия возврата будет разорвана? Вся энергия будет направлена через часть преобразования сигнала системы сбора данных. Это может привести к повреждению или выводу из строя всей системы и даже к возникновению опасных напряжений для оператора прибора.
Опасность паразитного заземления, вызванного источником питания
При полной изоляции сигнального канала от источника питания описанная выше ситуация невозможна.
Области применения изоляции
Существует две основные области, в которых может быть достигнута изоляция:
- аналоговая и
- цифровая
Аналоговая изоляция
Аналоговая изоляция используется для выходов аналоговых датчиков. Эта изоляция происходит в аналоговой области, т.е. перед подсистемой АЦП.
Аналоговые системы изоляции
В любой аналоговой системе изоляции важно, чтобы точность усиления и смещения была достаточно высокой, потому что мы не хотим оцифровывать неправильные сигналы.
Цифровая изоляция
Когда сигналы являются цифровыми, прежде всего, мы можем использовать цифровые методы изоляции для защиты сигналов, системы и операторов.
Цифровые системы изоляции
В этом случае изолирующий барьер отделяет внешний сигнал от воссоздания на внутренней стороне цепи. Затем изолированный цифровой сигнал может направляться на микропроцессоры, ПЛИС, вентили-формирователи и т.д.
А теперь рассмотрим три основных метода, которые используются как в аналоговой, так и в цифровой изоляции.
Три основных метода изоляции
Существует несколько подходов к созданию изолирующего барьера между источником сигнала и остальными частями системы:
- оптическая изоляция,
- индуктивная изоляция,
- емкостная изоляция.
Рассмотрим каждый из них в этом разделе.
Оптическая изоляция
Оптическая изоляция — это один из наиболее популярных и эффективных методов изоляции сигнала от остальной системы и внешнего мира. Электрический сигнал поступает на вход светодиода, который передает его через диэлектрический изоляционный барьер на фотодиод, преобразующий его обратно в электрический сигнал.
Оптическая изоляция с использованием светодиода (слева) и фотодиода (справа)
Благодаря преобразованию электрического сигнала в световой, а затем обратно в электрический, он полностью отделяется от внешнего мира. Преимущество этого метода в том, что свет не чувствителен к электромагнитным (ЭМП) или радиочастотным (РЧП) помехам.
Однако оптопары не так быстры, как свет — они ограничены скоростью переключения светодиода. Они также медленнее, чем индуктивные или емкостные изоляторы. Кроме того, интенсивность света светодиода будет ухудшаться с течением времени, что потребует повторной калибровки или замены.
Индуктивная изоляция
Инженеры знают, что электрический ток создает магнитное поле. При отправке сигнала в обмотку и расположении его рядом и параллельно с идентичной обмоткой представление сигнала будет индуцировано или «связано» со второй обмоткой.
Индуктивная изоляция с использованием обмоток, разделенных электрическим изолятором
При изоляции индуктивной связи между обмотками помещается электроизоляционный барьер, так что единственными сигналами, проходящими от первой обмотки ко второй, являются те, которые были магнитно индуцированы — и прямой контакт через барьер отсутствует. Индуктивные соединители имеют очень высокую пропускную способность и чрезвычайно надежны, но на них могут влиять близлежащие магнитные поля.
Емкостная изоляция
Емкостные изоляторы соединяют сигнал через изолирующий барьер, обычно изготовленный из диоксида кремния. Они не могут передавать сигналы постоянного тока, что делает их пригодными для блокирования синфазных сигналов.
Сигнал преобразуется в цифровой и затем реплицируется на другой стороне барьера с помощью емкостной связи.
Емкостный изолятор, использующий емкостную связь для воссоздания сигнала на другой стороне изолирующего барьера
В отличие от индуктивной изоляции, емкостная изоляция не подвержена магнитным помехам. Высокие скорости передачи данных и длительный срок службы являются отличительными чертами этих изоляторов. В продаже имеются емкостные изоляторы разных номиналов, что позволяет обеспечить должный уровень защиты от сбоев и возможных коротких замыканий.
Сравнение методов изоляции
Приведем беглое сравнение трех основных методов изоляции:
| Оптическая | Индуктивная | Емкостная | |
|---|---|---|---|
| Скорость передачи данных | Средняя (ограничена скоростью переключения светодиодов) | Быстрая ~100 Мб/с | Быстрая ~100 Мб/с |
| Диэлектрическая прочность | Хорошая ~100 Vrms/мкм | Лучше ~300 Vrms/мкм | Самая лучшая ~500 Vrms/мкм |
| Срок службы | Сравнительно короткий | Продолжительный | Продолжительный |
| Магнитные помехи | Отсутствуют | Могут влиять | Отсутствуют |
Ключевые термины в области изоляции
Учитывая все вышеизложенное, кажется очевидным, что измерительные системы должны иметь изолированные аналоговые входы.
Но когда вы просматриваете технические характеристики изоляции различных измерительных систем и преобразователей сигналов, вы можете обнаружить, что она определена с помощью таких терминов, как канал-земля и канал-канал. Что значат эти термины и как они соотносятся друг с другом?
Изоляция «канал-земля»
Изоляция «канал-земля» определяет максимальное напряжение, которое может существовать между входом канала и заземлением прибора. Обычно заземление прибора привязывается к заземлению источника питания. Изолируя землю сигнала от заземления корпуса, мы можем устранить большинство проблем с паразитным заземлением.
Изоляция «канал-земля» в дифференциальных усилителях SIRIUS
Иногда ее также называют изоляцией «вход-выход». Все каналы используют общее заземление, которое изолировано от потенциала заземления или корпуса прибора. Это бы не представляло проблем, если бы к системе был подключен только один источник сигнала. Но при подключении дополнительных сигналов, каждый из которых имеет разные потенциалы заземления, это может привести к помехам во всех сигналах и проблемам с синфазным напряжением.
Если два или более каналов имеют общее заземление, то они не изолированы гальванически. Будьте осторожны, когда для прибора указана только изоляция «вход-выход» или «канал-земля».
Изоляция «канал-канал»
Изоляция «канал-канал» определяет максимальное напряжение, которое может существовать между каналом и любым другим каналом. Например, каналы не могут совместно использовать шину заземления. Каждый канал также должен быть изолирован от остальной части системы, например от источника питания системы, заземления корпуса и т.д. Если все каналы изолированы друг от друга, то они обязательно также изолированы от земли, поэтому изоляция «канал-земля» включена в межканальную изоляцию.
Изоляция «канал-канал» в изолированных усилителях SIRIUS
Таким образом, если система оснащена изоляцией «канал-земля», это не обязательно означает наличие изоляции «канал-канал». ОДНАКО, если в системе есть изоляция «канал-канал», то также должна присутствовать изоляция между каналом и землей.
Системы сбора данных SIRIUS от Dewesoft обеспечивают как изоляцию между каналами, так и между каналами и землей, как показано в этом коротком видео:
Диэлектрическая прочность
Диэлектрическая прочность — это максимальный уровень напряжения, при котором изолирующий барьер может предотвратить пересечение сигнала. Различные изоляционные материалы имеют разную диэлектрическую прочность, измеряемую в Vrms/мкм. Воздушный зазор обычно обеспечивает 1 Vrms/мкм, тогда как эпоксидные смолы могут быть в 20 раз эффективнее, а диоксид кремния, содержащийся во многих емкостных изоляционных барьерах, дает примерно 500 Vrms/мкм. Существуют и другие материалы, обычно используемые в барьерах, включая полиимиды, применяемые в емкостных изоляторах, и заполненные кремнеземом эпоксидные формовочные смеси, часто встречающиеся в оптических изоляторах.
Изолированные системы сбора данных Dewesoft
Система сбора данных SIRIUS
Высокоскоростные системы сбора данных SIRIUS доступны в широком спектре физических конфигураций, от модульных плат SIRIUS, которые подключаются к компьютеру через USB или EtherCAT, и монтируемых в стойку систем сбора данных R3 до автономных систем сбора данных R1/R2, R4 и R8, которые включают встроенный компьютер.
Линейка систем сбора данных SIRIUS
Если вы обратите внимание на преобразователи сигналов SIRIUS DualCore и SIRIUS HS компании Dewesoft, то увидите, что все эти модули обеспечивают изоляцию между каналами и «канал-земля», рассчитанную на напряжение 1000 В. Усилители повышенной плотности SIRIUS HD изолированы парами по ±500 В.
В видеоролике ниже показана изоляция систем SIRIUS на практике, в реальной ситуации использования:
В реальном мире сбора данных зачастую присутствуют не только входы сигналов: преобразователи сигналов часто создают напряжение возбуждения или ток для питания датчиков. Тензодатчики, резистивные датчики температуры (RTD), датчики LVDT и IEPE-акселерометры — это хорошие примеры датчиков, которым требуется источник питания.
Иногда производители систем сбора данных упускают из виду, что эти линии возбуждения должны быть изолированы, поэтому Dewesoft обеспечивает изоляцию и/или дифференциальные входы и защиту от перенапряжения с возможностью прямого короткого замыкания на землю во всей линейке продуктов, а также защищает свои приборы и операторов, работающих с ними, от паразитного заземления.
Системы сбора данных KRYPTON и KRYPTON ONE
KRYPTON — это самые защищенные изделия в ассортименте компании Dewesoft. Созданные для работы в условиях экстремальных температур, ударных и вибрационных нагрузок, модули KRYPTON обеспечивают степень защиты IP67 (защита от воды, пыли и прочих воздействий). Они подключаются к любому компьютеру Windows (включая собственную модель процессора KRYPTON IP67 в защищенном корпусе) через EtherCAT и могут быть разнесены на дистанцию до 100 метров, что позволяет размещать их рядом с источником сигнала. Как и SIRIUS, они используют самое мощное программное обеспечение сбора данных на рынке — Dewesoft X.
Типичный многоканальный модуль KRYPTON с различными подключенными адаптерами DSI
Эти чрезвычайно прочные системы также доступны в конфигурации одноканальных модулей KRYPTON ONE. Как многоканальные, так и одноканальные модули KRYPTON обеспечивают одинаковый уровень производительности и устойчивости к воздействию окружающей среды.
Сверху слева: модуль KRYPTON ONE 1xTH-HV
Справа: модуль KRYPTON ONE 1xHV
Характеристики эффективности изоляции модулей KRYPTON и KRYPTON-1:
| Многоканальные модули KRYPTON | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| STG | TH | RDT | ACC | LV | LA | DIO | |
| Тип | Деформация/напряжение | Термопара | RTD | IEPE/напряжение | Низкое напряжение | Низкая сила тока | Цифровой ввод/вывод |
| Напряжение изоляции | Дифф. | Пик 1000 В | Пик 1000 В | Дифф. | Пик 1000 В | Пик 1000 В | 250 В |
| Канал-канал | √ | √ | √ | √ | √ | ||
| Канал-земля | √ | √ | √ | √ | √ | ||
| Одноканальные модули KRYPTON ONE | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AO | DI | DO | ACC | STG | LV | HV | TH-HV | CNT | |
| Тип | Аналоговый вывод | Цифровой ввод | Цифровой вывод | IEPE напряжение | Деформация напряжение | Низкое напряжение | Высокое напряжение | Температура | Счетчик энкодер цифровой |
| Напряжение изоляции | Н/Д | Гальв. | Гальв. | 125 Vrms | 125 Vrms | 125 Vrms | 1000 В CAT II 600 В CAT III | 1000 В CAT II 600 В CAT III | Н/Д |
| Канал-канал | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||
| Канал-земля | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||
В таблице выше «Дифф.» означает дифференциальное напряжение, а «Гальв.» относится к гальванической изоляции.
Системы сбора данных IOLITE
IOLITE — это уникальный инструмент, который сочетает основные возможности промышленной системы оперативного управления с мощной системой сбора данных. С помощью IOLITE сотни аналоговых и цифровых каналов можно записывать на полной скорости, одновременно передавая данные на любой сторонний мастер-контроллер EtherCAT в режиме реального времени.
Слева: система для монтажа на стойке IOLITEr с 12 слотами входного модуля
Справа: настольная система IOLITEs с 8 слотами входного модуля
Характеристики эффективности изоляции системы IOLITE:
| Многоканальные модули ввода IOLITE | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Модуль | STG | TH | DI | DO | RTD | LV |
| Тип | Деф. /напряж. | Термо | Циф. ввод | Циф. вывод | RTD | Низкое напряжение |
| Напряжение изоляции | Дифф. | 1000 В | 1000 В | 1000 В | 1000 В | 1000 В |
| Канал-канал | √ | √ | √ | √ | √ | |
| Канал-земля | √ | √ | √ | √ | √ | |
Поделиться статьёй:
Оптоэлектронные изоляционные решения
Выберите разделВыберите подгруппуВыберите производителяFibretool3onedataJonhonFOITRennsteigMH GoPowerAsahi KaseiMitsubishi ChemicalNestor CablesEblana PhotonicsSEIKOH GIKENBroadcom (Avago)CorningEoptolinkUS ConecAllray3MKOC Roithner LasertechnikOFSIndustrial Fiber OpticsOPTOKONFISKaiphoneTLCFOCISumixTE Connectivity (Tyco)APACOEOptowayMicrel (Microchip)Товары на складе (СПб)
F10401
Шомполы для чистки оптических адаптеров.
80879000M
Колпачок для коннектора в печке.
HFBR-RUS100Z
POF кабель. Бухта 100 м.
HFBR-4501Z
Оптический VL коннектор для POF.
ПОЛНЫЙ СПИСОК
Главная | Продукция | Оптоэлектронные изоляционные решения
| Индустриальные оптроны (оптопары) | Автомобильные оптроны (оптопары) |
|---|---|
|
Пластиковые оптроны и другие микросхемы с оптической развязкой (драйверы транзисторов, усилители…) для индустриальных применений. |
Оптроны и другие микросхемы с оптической развязкой (драйверы транзисторов, усилители…) с расширенным температурным диапазоном для автомобильной промышленности. |
| Короткие оптические линии | |
|
Короткие оптические линии связи (short link) во внешнем корпусе для высоковольтной гальванической развязки компонентов на печатной плате. |
Данный раздел посвящен устройствам для осуществления оптической гальванической развязки, выпускаемым компанией Broadcom Limited (ранее Avago Technologies).
Гальваническая развязка (гальваническая изоляция, гальваноразвязка) – это передача энергии или сигнала между двумя электрическими цепями или участками электрической схемы без электрического контакта между ними. Изолирующие устройства применяются 1) для защиты человека и оборудования от высоких напряжений, 2) для согласования электрических цепей с разными напряжениями питания и 3) для подавления синфазных помех.
Одним из наиболее распространенных видов гальванической развязки является оптическая развязка, основным элементом которой является оптрон, или оптопара, – устройство, содержащее источник оптического излучения (светодиод) и фотоприемник (фотодиод, фототранзистор…), разделенные слоем диэлектрика и заключенные в один корпус.
Практика показывает, что оптическая развязка обеспечивает наиболее надежную изоляцию от высоких напряжений по сравнению с другими технологиями гальванической развязки (индуктивная, емкостная), гарантируя защиту обслуживающего персонала и низковольтного управляющего оборудования.
Компания Broadcom является ведущим мировым производителем оптронов и специализированных микросхем с оптической развязкой для различных применений. Оптроны Broadcom полностью соответствуют требованиям стандартов IEC 60747-5-5 и UL 1577 для усиленной изоляции (reinforced isolation). Оптроны Broadcom отличаются высокой стойкостью к электростатическим разрядам и скачкам напряжения. Кроме того, они нечувствительны к электромагнитному излучению и сами не создают электромагнитных помех в системе.
Все микросхемы с оптической развязкой компании Broadcom делятся на три большие группы, в зависимости от условий их эксплуатации:
- Пластиковые (индустриальные) – для промышленных применений.
- Автомобильные – для автомобильной электроники (отличаются широким температурным диапазоном).
- Герметичные – для высоконадежных применений и жестких условий эксплуатации (имеют прочный корпус).
Кроме того, микросхемы с оптической развязкой различаются по своему назначению. В ассортимент продукции Broadcom входят оптроны для передачи цифрового сигнала, драйверы силовых транзисторов (IGBT/MOSFET), микросхемы для управления интеллектуальными силовыми модулями (IPM), изолирующие усилители для измерения тока и напряжения и другие устройства.
На нашем сайте представлена часть номенклатуры микросхем с оптической развязкой, выпускаемых Broadcom, в основном самые новые модели. С полным ассортиментом Вы можете ознакомиться на сайте компании Broadcom и в каталоге, размещенном на нашем сайте.
Короткие оптические линии
Защиту от более высоких напряжений также можно обеспечить при помощи передатчика и приемника, соединенных оптическим волокном. Broadcom предлагает более удобные устройства, называемые короткими оптическими линиями (short link), или длинными оптронами.
Они представляют собой излучатель и приемник, помещенные в единый пластиковый корпус, который можно разместить на плате. Такие устройства обеспечивают надежную гальваническую развязку до 50 кВ.
Компания «ЭФО» осуществляет поставку всего спектра микросхем с оптической развязкой компании Broadcom. Для получения технической консультации и приобретения компонентов пройдите по ссылке.
Описание гальванических изоляторов| ЛодкаUS
Реклама
Часто упускаемый из виду элемент оборудования имеет решающее значение в борьбе с коррозией.
Иллюстрация: Эрих Стивенс
В статье «Как управлять электрическим потоком на лодке» я объяснил функцию разделительного трансформатора в береговой системе электроснабжения. По сути, это устраняет любое проводное соединение между системой питания переменного тока в доке и системой питания переменного тока на борту вашей лодки, сохраняя при этом электрическую мощность и повышенную целостность, достигаемые за счет использования принципов магнитной индукции.
В той же статье я также указал некоторые недостатки трансформатора, а именно вес, тепловыделение и стоимость.
Проблема с лодками, подключенными к береговой сети, заключается в том, что каждая из них электрически соединена со всеми остальными в гавани через заземляющий провод системы — зеленый провод. Это создает естественное явление, известное как гальванический элемент. В этой ячейке будут победители и проигравшие в виде нежелательной коррозии менее благородного металла в ячейке, который, к сожалению, часто является дорогим подводным металлом, таким как алюминиевые аутдрайвы. Чтобы уменьшить ущерб от этой естественной электрохимической реакции, на типичной лодке будут установлены расходуемые аноды для коррозии, а не металла в гальваническом элементе. Это все хорошо для лодки, изолированной от причала и стоящей на причале. Но каждый раз, когда эта лодка подключается к береговой сети в доке, эти аноды, которые подключены к системе заземления лодки, также способствуют защите от коррозии всех других лодок, подключенных к тому же доку, которые используют один и тот же зеленый провод.
Лодка с недостаточной площадью анода, которая подключена к розетке, естественно будет действовать как дренаж для лодки, которая должным образом оснащена соответствующими анодами и подключена к тому же причалу.
Войдите в гальванический изолятор. Хотя гальванический изолятор не так эффективен, как изолирующий трансформатор, он может значительно увеличить срок службы расходуемого анода и уменьшить коррозию при гораздо меньших затратах и почти незначительном весе по сравнению с трансформатором. Если ваша лодка регулярно подключается к береговой сети, вам необходимо установить гальванический изолятор в вашей береговой системе питания.
Как работают гальванические разъединители
Помните, что гальванический разъединитель должен выполнять несколько функций в береговой системе переменного тока вашего судна. Устранение одного из компонентов, входящих в состав гальванического элемента, является одной из его функций. Но поскольку он установлен последовательно с зеленым заземляющим проводом в береговой системе питания переменного тока вашей лодки, он также должен обеспечивать непрерывность электрического тока в этом проводе.
Наконечник
Убедитесь, что любой гальванический изолятор, который вы устанавливаете, соответствует морскому стандарту UL. Они сертифицированы как отказоустойчивые устройства; даже если диоды выйдут из строя, защитное заземление все равно будет подключено.
По этой причине Американский совет по лодкам и яхтам (ABYC) имеет ряд строгих правил в своем стандарте, касающемся гальванических изоляторов. Изоляторы должны быть рассчитаны на силу тока системы, обычно 30 или 50 ампер. Они должны быть жестко подключены к системе без использования каких-либо фрикционных соединений и соответствовать ряду конструктивных требований, гарантирующих, что они никогда не смогут непреднамеренно разомкнуть цепь, что эффективно устраняет важнейшее безопасное заземление для вашей лодки. Новейшие конструкции включают в себя технологию, которая может идентифицировать эти устройства как «отказоустойчивые». Проще говоря, это обозначение гарантирует, что даже после такого серьезного события, как удар молнии, гальванический изолятор будет поддерживать непрерывность заземления на борту вашей лодки.
Возможно, он не будет продолжать защищать ваши подводные металлы, но защитное заземление останется неповрежденным, что является одной из причин, по которой гальванический изолятор следует регулярно проверять на предмет надлежащего функционирования.
Где и как установить гальванический изолятор
Гальванический изолятор устанавливается в зеленый заземляющий провод береговой системы электроснабжения. Он работает, вводя низкое падение напряжения постоянного тока в этом проводнике. Поскольку гальванические напряжения и токи ниже этого уровня, чистый эффект заключается в том, что поток гальванического тока останавливается, эффективно изолируя вашу лодку от ваших соседей по причалу, по крайней мере, гальванически. Поскольку основная роль зеленого провода заключается в том, чтобы выступать в качестве проводника, передающего неисправность, в случае неисправности берегового силового оборудования, электроника, используемая для блокировки гальванического тока, не влияет на протекание переменного тока, когда может возникнуть неисправность.
Если ваша лодка регулярно подключается к причалу, вам необходим гальванический изолятор (или изолирующий трансформатор). Если у вас есть старая лодка с установленным изолятором, вам следует поручить судовому электрику проверить ее, чтобы убедиться, что она работает должным образом и соответствует действующим действующим стандартам. Ранние изоляторы имели врожденные недостатки, которые могли сделать их небезопасными. Проблема в том, что вы не будете знать, работает ли он, не проверив устройство должным образом. Если вы сомневаетесь, обратитесь к квалифицированному морскому технику для проверки или рассмотрите возможность замены на новый отказоустойчивый блок.
Предупреждение о коррозии
Помимо отсутствия анодов, береговая энергия, вероятно, является наиболее распространенной причиной сильной подводной коррозии металла. Без гальванической развязки ваш алюминиевый выходной привод может стать анодом чьего-то подводного металла, потому что вы оба подключены через заземление берегового питания.
Часто проверяйте свои аноды (цинки), и если вам покажется, что они внезапно изнашиваются, возможно, вы стали жертвой гальванической коррозии. Установка гальванического разъединителя может предотвратить дорогостоящий ущерб.
— Чарльз Форт
Реклама
Связанные статьи
Инновации PLB для яхтсменов: знайте, что они идут за вами
Избавьтесь от стресса, связанного с сигналом бедствия на катерах, с помощью недавно одобренных PLB ResQLink следующего поколения с сервисом обратной связи.
Подробнее
Калечащие эффекты погружения в холодную воду
Вот что происходит с вашим телом во время погружения в холодную воду и что делать, если вы оказались в такой ситуации.
Подробнее
Правила безопасности на верфи
Все мы знаем, как важно быть в безопасности на воде, но есть и несколько важных правил, которым необходимо следовать при работе на верфи.
Подробнее
Темы
Нажмите, чтобы ознакомиться со статьями по теме
безопасность и профилактикабезопасность лодок
Опубликовано: октябрь 2019 г.
Автор
Эд Шерман
Сотрудник журнала BoatUS Magazine
Эд Шерман — заядлый яхтсмен и автор книг «Библия двенадцати вольт для лодок», «Руководство моторного лодочника по электрическим системам» и «Усовершенствованная морская электрика и Устранение неполадок в электронике». Он бывший вице-президент и директор по образованию ABYC.
Журнал BoatUS — это преимущество членства в BoatUS
Преимущества членства включают:
Подписка на печатную версию журнала BoatUS Magazine
4% возврата при покупках в магазинах West Marine или на сайте WestMarine.com
Скидки на топливо, временные промахи, ремонт и многое другое в более чем 1200 предприятиях
Скидки на круизы, чартеры, аренду автомобилей, проживание в отелях и многое другое…
Все всего за 25 долларов в год!
Вступайте сегодня
Гальваническая развязка в преобразователях сигналов
Peter Eitnier | Старший инженер по применению,
Wilcoxon Sensing Technologies
Сохранить в библиотеке
Датчики вибрации Wilcoxon iT, состоящие из iT150, iT300 и iT301, представляют собой серию, основной функцией которой является преобразование сигнала IEPE (встроенного электронного пьезоэлектрического сигнала). на выход 4-20 мА для совместимости со стандартным технологическим оборудованием, таким как ПЛК, РСУ или системы SCADA. Передатчики позволяют пользователю поддерживать доступ к необработанному сигналу напряжения, поступающему непосредственно от датчика IEPE, обычно называемого акселерометром или датчиком скорости, для анализа сигнала, одновременно отправляя выходной сигнал 4-20 мА непосредственно в систему непрерывного мониторинга общей амплитуды. в тренде.
Несмотря на то, что в этих моделях присутствует несколько других функций, включая возможность настройки в полевых условиях, совместимость с датчиками с двумя выходами (вибрация + температура), связь по протоколу MODBUS, программируемые сигналы тревоги и т.
д., одной из ключевых функций является функция 500 В переменного тока. гальваническая развязка . Гальваническая развязка чрезвычайно важна для двойной роли устранения потенциальных помех, вызванных контурами заземления, и обеспечения безопасности за счет предотвращения прохождения тока через тело человека.
Гальваническая развязка была разработана как реакция на гальванические пути и, следовательно, на помехи сигналам, которые они вызывают. Гальванический путь определяется как путь, в котором существует прямое электрическое соединение между двумя или более электрическими цепями, которые позволяют протекать току. Когда сигнальные провода в такой системе имеют пути к земле на обоих концах контура, а напряжения в двух точках заземления различны, между проводами, используемыми для передачи сигнала, и землей образуется циркулирующий замкнутый путь тока. Это приводит к тому, что в контур вводится непредсказуемое количество тока, что создает помехи и искажает истинное измерение.
Этот недавно введенный ток известен как контур заземления и является распространенным источником непредсказуемости сигнала.
Заземляющая петля образуется при наличии следующих трех условий в сигналах 4–20 мА или других сигналах постоянного тока:
- Есть две площадки
- Основания имеют разные потенциалы
- Между площадками имеется гальваническая цепь
Для удаления контура заземления необходимо устранить любое из этих трех условий. По различным причинам, таким как требования к установке или взрывоопасной зоне, физические ограничения оборудования или невозможность «поднять» землю, первые два варианта часто не являются вероятными кандидатами на удаление. Это оставляет нам третье условие, при котором вступает в действие гальваническая развязка. Когда проводящий путь между дифференциальными напряжениями прерывается через гальваническую развязку, ток не может образовываться, что устраняет контур заземления.
Гальванические пути могут быть разорваны несколькими различными способами, включая оптическую, емкостную, индуктивную, акустическую или электромагнитную изоляцию.
Серия Wilcoxon iT достигает этого за счет электромагнитной изоляции, также известной как изоляция трансформатора (см. принципиальную схему ниже). В этом методе используется трансформатор для электромагнитной передачи полезного сигнала через воздушный зазор или непроводящий изолирующий зазор. Интенсивность электромагнитного поля пропорциональна входному сигналу, подаваемому на трансформатор. См. блок-схему, иллюстрирующую шесть изолированных зон в каждом преобразователе.
Устранение этих токопроводящих дорожек, поскольку датчики Wilcoxon iT действительно делают контуры заземления несущественными, если датчики правильно подключены. Это снимает любые потенциальные проблемы, связанные с неисправностями контура заземления, которые часто нелегко идентифицировать, и значительно упрощает устранение возможных неполадок приложений, когда одну возможность можно эффективно игнорировать. Гальваническая развязка передатчика также гарантирует, что блуждающие токи не попадут на землю через тело человека, что может привести к серьезным телесным повреждениям или даже смерти.
