电路元件在电源侧和接地侧切换中的作用

出处:维库电子市场网 发布于:2024-07-09 16:26:19 | 289 次阅读

  电路始终由四个主要元件组成:
  电源,具有供电和回路(交流和直流均如此)
  按钮、开关和传感器等控制设备
  导体,主要是电线
  控制电路或支路中的电流量的负载设备。
  此列表中的最后一个组件,即负载设备,是在讨论电源或地侧切换时主要考虑的点。
  顾名思义,电源侧切换将开关(控制器)放置在靠近电源的负载侧,或负载之前。

  电源开关置于负载之前的控制

  图 1. 采用电源侧开关策略的电路原理图。开关更靠近电源的电源侧。
  接地侧开关将控制设备置于负载之后,或更靠近地面。

  地面侧开关位置控制在负载之后

  图 2. 采用接地侧开关策略的电路示意图。开关更靠近电源的负极侧。在交流电路中,这可能是中性侧。
  故障模式
  短路故障
  电路中发生短路的位置将决定响应。如果电线放在负载之前并且松动,则如果建立了路径,则会导致电源与地面直接发生短路。该路径可能是即时的,也可能首先需要关闭触点。

  电路跟随电源切换防止电源接地

  图 3. 遵循电源侧切换策略的电路图。元件的放置与图 1 中的原理图一致。
  无论何时发生,一旦发生,电流就会急剧上升,导致保险丝熔断或断路器跳闸。这些安全装置正是出于这个原因而使用的。
  闭锁闭路
  如果负载设备后的电线松动,仍会存在接地短路,但电流现在必须流过负载设备,因此它会立即打开,就像被锁定一样。这不会导致电流过大,因为断路器和保险丝通常应该允许足够的电流流动,以使该负载设备处于活动状态。

  如果负载设备后的电线松动,就会发生接地短路。

  图 4.采用接地侧开关策略的电路图。元件的放置与图 2 中的原理图一致。
  打开负载不会被视为“不寻常”的行为。尽管和以前一样,故障可能是瞬间发生的,也可能导致触点先关闭。
  开关放置:开关位置重要吗?
  我们必须首先确定发生故障时应该发生什么,以便确定要使用的正确开关类型。保险丝或断路器熔断会导致整个电路关闭,因此在问题解决之前,由该保险丝/断路器供电的任何负载设备都将无法工作。如果存在安全风险,例如机器可能失控并伤害到人,那么在发生问题时最好关闭所有设备。当控制设备放置在电源侧时,会有更多的电线,因此更容易出现故障点,导致直接接地短路。
  另一方面,负载设备可能是警报器或红色指示灯。如果发生故障,最好将其锁定为通电状态。这样可以立即发现并解决问题。

  紧急停止和报警灯的电源侧和接地侧

  图 5.如果负载设备是警报器或红色指示灯,最好将其锁定为通电状态。图片由Canva提供
  如果过电流导致断路器跳闸,并且警报指示器无法响起,则可能要到后来才会注意到故障。接地侧切换时,控制装置更靠近地面,在负载后放置更多电线,因此负载后此处更有可能发生连接故障。
  有时负载设备可能是一件医疗设备(医疗或急救车辆应用)。对于许多设备而言,可能更希望设备保持通电运行,直到问题解决。另一种选择可能意味着整个电路被禁用,直到问题解决,而这可能是灾难性的。想象一下,在去医院的路上,救护车上断线烧断了生命支持设备的保险丝。显然,首选情况是让设备保持运行,即使浪费资源,直到行程结束,问题得到解决。
  交流电应用中的电源和接地侧切换
  也许电源和地线的术语在直流应用中最常见,但这个概念仍然适用于交流。
  想象一下住宅 110 伏交流电照明电路。通常,开关位于灯的“热”侧,进入灯具的黑线要么通电,要么切断。如果关闭开关,则可以更换灯具,而不必担心意外短路电线。
  但是,如果必须更换开关,必须格外小心,不要造成短路,否则断路器会跳闸(实际上,在对电路进行操作之前应关闭断路器)。火线的能量直接提供给此开关,因此接触此线或中性线到任何接地元件都会绕过灯具并产生火花和短路。
  现在考虑将开关移到灯具的中性线侧,即白线。显然,您仍应切断断路器的电源,但如果不这样做,故障可能就不会那么危险。如果连接到开关的任何一根电线意外接地,它会穿过灯具接地,因此灯会亮。您可以看到该错误并立即移除电线,但不必担心危险的火花或过大电流。
  再次强调,这只是一个例子——在移除和更换元件之前,您应该始终确保任何电路中的环境是安全的。但是,这种情况确实显示了交流应用中电源和接地切换之间的差异。
  控制设备应使用电源侧还是地侧开关?
  电源和接地切换之间的区别在于控制设备的位置,分别是靠近电源或靠近接地。电源切换更有可能导致断路器或保险丝装置跳闸。接地切换更有可能导致负载设备在通电状态下锁定。
  虽然不能绝对保证在失败的情况下会出现这些结果,但至少我们可以改变失败的几率。
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