В помощь студентам БНТУ - курсовые, рефераты, лабораторные !


исследование особенностей подключения к питающей сети и "заземления" электронных устройств и периферийного оборудования

Цель работы: исследование особенностей подключения к питающей сети и "заземления" электронных устройств и периферийного оборудования

Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench.

Методические указания: практическая работа выполняется студентами за два часа аудиторных занятий. Задания выполняются в процессе самостоятельной подготовки и в ходе компьютерного моделирования электрических схем; подготовка к работе и обработка результатов производится при самостоятельной подготовке. При моделировании могут использоваться файлы "powerpc_01", "powerpc_02", "powerpc_03", "powerpc_04", "powerpc_05". Схемы моделирования, результаты моделирования и измерений оформляются студентами в виде отчета.

Проблемы заземления и питания ЭУ

Блок питания современного электронного устройства имеет сетевой фильтр. В дальнейшем для примера в качестве электронного устройства обработки информации рассмотрим персональный компьютер (ПК), как наиболее универсальное средство связи, управления и обработки информации. Но все замечания, относящиеся к ПК, в части обеспечения питания и соединения сигнальных и "земляных" линий справедливы для любого электронного устройства. Уровни потребляемых мощностей и токов соответствуют уровням, характерных для современных ПК и периферийного оборудования, в том числе систем аналоговой и аналого-цифровой обработки информации.

 

Конденсаторы сетевого фильтра блока питания предназначены для шунтирования высокочастотных помех питающей сети на "землю" через провод защитного заземления и соответствующую трехполюсную вилку и розетку. "Земляной" провод полагается соединять с контуром заземления, но допустимо его соединять и с "нулем" силовой сети (с точки зрения уровня помех это хуже, но практически разница ощущается только в особо тяжелых условиях эксплуатации). При занулении необходимо быть уверенным в том, что этот нуль не станет фазой, если кто-либо изменит монтаж цепей питания. Если же "земляной" провод компьютера (или любого другого устройства с трехполюсной вилкой) никуда не подключать, то на корпусе устройства появится напряжение порядка 110 вольт переменного тока.

Рис. 1. Образование потенциала на корпусе компьютера

Его происхождение понятно из рис. 1: конденсаторы фильтра работают как емкостной делитель напряжения (типичное значение С=0,01 мкФ), и поскольку их емкость одинакова, напряжение сети 220В делится пополам.

Чем мощнее блок питания, тем больше емкость конденсаторов фильтра и ток

Это напряжение и ток опасны для человека, а попасть под него можно, прикоснувшись одновременно к металлическим частям корпуса электронного устройства и, например, к батарее отопления, заземленной приборной стойке, заземленному прибору. Во-вторых, это напряжение является одним из источников разности потенциалов между устройствами, от которой страдают интерфейсные схемы.

При соединении двух устройств (например, компьютера и принтера) интерфейсным кабелем общий провод интерфейсов последовательных (параллельных) портов связан со "схемной землей" и корпусом устройства. Если соединяемые устройства надежно заземлены (занулены) через отдельный провод на общий контур (рис. 2), то проблемы разности потенциалов не возникает.

Рис. 2

Правильное подключение периферийного устройства

 

Рис. 3.

Подключение незаземленного устройства.

Если в качестве заземляющего провода использовать нулевой провод питания при разводке питающей сети с трехполюсными розетками двухпроводным кабелем (применяют как по незнанию, так и в целях экономии), то на нем будет возникать разность потенциалов, вызванная падением напряжения от протекающего силового тока INUL по "нулевому" проводу.

Рис. 4.

Появление разности потенциалов при двухпроводном кабеле питания

 

Если в эти же розетки подключены и приборы с большим энергопотреблением (лазерные принтеры, мощные копировальные аппараты), то разность потенциалов (и импульсные помехи при включении-выключении питания) будет ощутимой. При этом эквивалентный источник напряжения при относительно невысокой Э.Д.С. ENUL (единицы вольт) будет иметь очень низкое выходное сопротивление, равное сопротивлению участка нулевого провода (доли Ом). Уравнивающий ток через общий провод интерфейса

, где ;

RNUL — сопротивление нулевого провода (и соединительных контактов розеток), RINT — сопротивление общего провода интерфейса, Р — мощность, потребляемая устройствами, расположенными на рис. справа (Р=Р2+РЗ). Поскольку сопротивление интерфейсного кабеля выше, чем питающего, через общий провод интерфейса потечет ток, меньший, чем силовой. Но при нарушении контакта в нулевом проводе питания через интерфейсный провод может протекать и весь ток, потребляемый устройством. Он может достигать единиц ампер. Невыровненные потенциалы корпусов устройств являются и источником помех в интерфейсах. Если оба соединяемых устройства не заземлены, то в случае их питания от одной фазы сети разность потенциалов между ними будет относительно небольшой (вызванной только разбросом емкостей конденсаторов в разных фильтрах). Уравнивающий ток через общий провод интерфейса будет совсем малым, и, следовательно, разность потенциалов между схемными землями устройств (падение напряжения на этом проводе) будет тоже малой. Но если незаземленные устройства подключены к разным фазам, то эта разность потенциалов между их несоединенными корпусами будет близка к UПИТ, порядка 190В, при этом уравнивающий ток через интерфейс может достигать десятков миллиампер. Когда все соединения (и разъединения) выполняются при отключенном питании, для интерфейсных схем такая ситуация почти безопасна. Но при коммутациях при включенном питании возможны крупные неприятности: если контакты общего провода интерфейса соединяются позже (или разъединяются раньше) сигнальных, то разность потенциалов между схемными землями (корпусами устройств) прикладывается к сигнальным цепям, и они, как правило, пробиваются. Самый тяжелый случай для интерфейсных схем — соединение заземленного устройства с незаземленным, особенно когда последнее характеризуется большой потребляемой мощностью. Бывали случаи когда после подобного подключения "в живых" у компьютера оставались только видеокарта и блок питания ("виновник торжества" — незаземленное устройство с большим энергопотреблением, например, лазерный принтер — обычно выживает). Для устройств, блоки питания которых имеют шнуры с двухполюсной вилкой, эти проблемы тоже актуальны. Такие блоки питания обычно тоже имеют сетевой фильтр, но, как правило, с конденсаторами малой емкости. Весьма коварны, сетевые шнуры устройств с двухполюсной вилкой, которыми подключаются блоки питания с трехполюсным разъемом.

Практические задания

На панели EWB соберите схему, моделирующую измерение потенциала прикосновения, возникающего при касании человеком незаземленного корпуса ЭУ или в первый момент времени при соединении двух устройств интерфейсным кабелем.

Рис. 5.

Схема моделирования потенциала прикосновения

 

Обратите внимание на необходимость соответствия свойств индикатора роду тока – переменному. (Properties/ Value/ Mode/ AC)

В этой же схеме замените индикатор напряжения индикатором тока (также переменного) и измерьте ток замыкания незаземленного корпуса ЭУ на "землю". Этот ток протекает через интерфейсный кабель после соединения заземленного и незаземленного устройств. Повторите измерения для разных значений емкостей конденсаторов фильтра (до 100нФ). Этим моделируется подключение либо к более мощному устройству, либо – к нескольким устройствам.

Соберите схему (рис. 6) для измерения разности потенциалов между несоединенными корпусами незаземленных устройств подключенных к разным фазам. Замените индикатор напряжения индикатором тока и измерьте ток замыкания. Соберите ветвь питания третьего устройства еще от одной фазы (установите значение фазы 2400) или измените значение фазы в одной из двух ветвей и повторите измерения.

Рис. 6.

Измерение потен­циала прикосновения при соединении уст­ройств, питающихся от различных фазных напряжений.

Соберите схему (рис. 7) с использованием в качестве заземляющего провода нулевого провода питания при разводке питающей сети с трехполюсными розетками двухпроводным кабелем. Здесь R1-R3 –эквивалентные сопротивления нагрузки устройств, потребляющих мощность, например два ПК и лазерный принтер. r01- r13 – сопротивления проводников сети, включая сопротивления контактов. r_int – сопротивление провода интерфейсного кабеля. Измерьте выравнивающие токи, протекающие по интерфейсным кабелям, соединяющие в нашем примере сетевые карты двух ПК и один из ПК с лазерным принтером. Измерьте напряжение, возникающее между корпусом устройства и нулевым проводом, между корпусами устройств. Измеренное напряжение (с частотой питающей сети) является напряжением помехи.

Повторите измерения при подключении лазерного принтера не к ПК-1, а к ПК-2.

Повторите измерения для других значений сопротивлений проводников и нагрузки.

Повторите моделирование при питании ПК-1 и ПК-2 от разных фаз (рис. 8).

Рис. 7

 

 

Рис. 8

 

@reg

@support17

Сейчас 146 гостей онлайн

@(c)

Copyright © 2009-2011 Support17.com
Любое использование материалов, опубликованных на support17,
разрешается только в случае указания гиперссылки на Support17.com

@s

Родоначальницей всех приборостроительных специальностей явилась кафедра «Приборы точной механики», которая была открыта в 1961 г. на машиностроительном факультете.
В 1976 г. был организован оптико-механический факультет.