电磁干扰的原因

电磁干扰的原因（共7篇）

电磁干扰的原因 篇1

0 引言

随着现代自动化技术的普及以及PLC产品的成熟, 越来越多的工厂开始使用PLC作为工业控制的核心控制器。同其他电气控制系统一样, PLC控制系统的稳定运行同样受很多外部因素的制约, 包括安装不当、环境恶劣以及电磁干扰等。其中电磁干扰对PLC控制系统的稳定运行会产生很大影响。介绍PLC控制系统中电磁干扰产生的原因以及处理方法。

1 电磁干扰原理及产生

1.1 电磁干扰原理

电磁场是电场和磁场的统一体的总称。通电导线周围形成磁场, 随时间变化的磁场产生电场。正是电场跟磁场这种相互转化的能力使得电路中的能量得以辐射传递, 形成电磁干扰。电磁场由变化的电流产生, 然后电磁场会以光速向四周传播, 形成电磁波。同时电磁场的能量也通过电磁波向周围传播。通过电磁感应现象, 周围的导电回路接收了变化磁场的能量形成电动势, 从而形成感应电流而影响系统的稳定运行。

1.2 电磁干扰的产生

由电磁干扰产生原理可知, 控制系统的电磁干扰主要是因为电流或电压剧烈变化而产生, 这些电荷剧烈移动的部位就形成噪声源。根据传播方式的不同, 电磁干扰主要分为两种:传导干扰和辐射干扰。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合到另一个电网络, 传导干扰的形成必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接, 干扰信号沿着这个电路传递到干扰对象。辐射干扰是指干扰源通过空间将信号耦合到另一个电网络。

在PLC控制系统中的电磁干扰一般是辐射干扰与传导干扰相互结合的。电磁干扰产生如图1所示, 首先动力线A点电流的急剧变化引起电源线周围磁场的急剧变化, 通过电磁感应对信号线B点电流产生影响, 又通过信号线的传导使干扰信号传导到信号线C点的被干扰对象。信号干扰会引起I/O信号状态异常以及工作性能降低, 严重时将引起电器元件的损坏。对于PLC控制系统, 信号线路产生感应电压形成干扰会造成I/O模件以及PLC控制器的损坏, 后果相当严重, 由此引起的系统故障也很多。

2 常见电磁干扰以及抑制方法

在PLC电气控制系统中的电磁干扰跟其他控制系统一样也是各种干扰源相互交织影响的, 有时并不能通过对一个线路的改造而彻底解决。但是通过合理规避, 还是能大大抑制电磁干扰对PLC控制系统的影响。

2.1 合理的布线设计

对于电磁干扰, 可以从干扰源的产生以及传导整个过程进行控制, 所以在电气设计与选型之初就要整体考虑电气系统的电磁兼容性。动力电缆与信号电缆之间必须保持一定距离, 不能长距离平行走线, 防止电磁感应现象的发生。当动力电缆与信号电缆必须交叉时尽量使两电缆成90°直角走线, 避免产生电磁干扰。

2.2 可靠的接地系统与隔离

在PLC控制系统中, 主要干扰对象 (敏感源) 一般是直流控制系统中的IO模块以及仪表信号等弱电部分。但是动力电源的扰动却可以通过直流电源或者公共参考端传导到控制系统, 因此在PLC控制系统中采用性能优良的电源非常重要, 尽量使用有隔离作用的直流电源, 它能抑制电网引入的扰动对PLC系统的影响。电磁干扰中, 传导干扰的传输途径主要有信号线回路、0V直流公共端、公共阻抗以及公共接地端等公共导电线。正确可靠的接地点、完善的接地系统能有效抑制此类电磁干扰对控制系统的影响。PLC控制系统应采用一点接地或串联一点接地方式, 集中布置的PLC系统可使用并联一点接地的方式, 即将各PLC控制柜柜体接地端以单独的接地线连接至接地极。如果PLC控制柜间距较大, 应采用串联一点接地方式, 即用一根大截面绝缘电缆连接各PLC控制柜柜体的接地端, 然后将绝缘电缆接地母线连接至接地极。接地线应采用截面大于22mm2的铜导线, 总母线使用截面大于60mm2的铜排。PLC接地极的接地电阻应小于2Ω, 接地极最好埋在距建筑物10~15m处。设备与PLC接地单独做接地点, PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。

2.3 选择使用屏蔽电缆

选择合适的屏蔽电缆能降低电磁感应现象对信号线信号的影响。屏蔽电缆使用时应注意始终将电缆屏蔽层的两端连接到接地系统, 如果仅将屏蔽层的一端 (即电缆的始端或末端) 接地, 则干扰衰减仅局限于较低的频率范围。单侧屏蔽连接更合适的情形:不允许安装等电位连接导体;传送模拟量信号的场合;使用了金属箔屏蔽层 (静电屏蔽) 。

2.4 变频驱动的干扰

在PLC控制系统中, 变频器的应用很普遍, 变频器中大量使用了晶体管等非线性的电力电子元件, 所以对变频器的电磁干扰抑制尤为重要。对于与变频器相连接的IO信号线路, 尽量采用光电耦合隔离器件, 既能断开干扰的传输路径又能将信号准确传输;在变频器的输入输出端添加EMI滤波器, 对开关电源产生的高频电磁干扰能有较好的抑制作用;变频器的辐射干扰严重, 金属隔离式电磁屏蔽对于抑制电磁干扰非常有效;此外, 变频器可靠的接地能有效抑制变频本身对外界的影响。

3 结语

电磁干扰的复杂性以及相互影响性, 使得独立地解决干扰问题非常困难, 只有在设计之初就综合考虑各方面的因素, 才能有效地抑制电磁干扰的发生。

摘要：介绍电磁干扰的分类与性质, 分析PLC控制系统电磁干扰产生的原因, 并提出抑制方法。

关键词：PLC控制系统,电磁干扰,接地系统,变频器

参考文献

[1]华成英, 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006

[2]郭银景.电磁兼容原理及应用教程[M].北京:清华大学出版社, 2004

[3]区健昌.电子设备的电磁兼容性设计[M].北京:电子工业出版社, 2003

[4]路宏敏.工程电磁兼容[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2003

[5]杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[M].北京:人民邮电出版社, 2004

[6]刘美俊.西门子PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社, 2011

开关电源的电磁干扰分析 篇2

1开关电源电磁干扰来源

开关电源工作过程中产生的尖峰电压和浪涌电流是开关电源产生电磁干扰的主要原因。输出整流二极管的反向恢复电流、开关管高频工作时的电压切换和工频整流滤波运用的大电容充电放电装置等都是电磁干扰的主要来源。开关电源的电磁噪声根据来源可以分为两类:一类是开关电源工作时产生的电磁噪声,比如整流管和开关管等的电流尖峰引起的电磁辐射干扰和谐波干扰;另一类是开关电源控制电路受到的外部电磁辐射的干扰、电网传输过程中的差模和共模噪声等外部噪声。电网传输过程中的差模和共模噪声类型如图1所示:

1.1变压器和开关管引起的干扰

开关电源运行过程中会由高频变压器初级线圈、初级滤波大电容和开关管等形成一个高频电流环路,此环路会引起强烈的辐射噪声。高频变压器初级线圈是开关回路开关管的主要感性负载,由于初级线圈的作用开关管在通断时会产生尖峰噪声,程度较轻时会对开关管造成干扰, 程度严重时会将开关管击穿。

作为开关电源的主要器件之一,开关管也是电磁干扰的来源之一。电磁干扰的强度直接受到开关管工作频率的影响,伴随着开关管工作频率的增加,其工作的电流和电压切换速度会不断加快,因此其辐射干扰和传导干扰也会逐渐升高。同时电压尖峰吸收电路没有选择恰当的参数和钳位二极管较低的反向恢复特性也会导致较大干扰的产生。

1.2电源线引起的干扰

电源线干扰是电力系统中用电设备引起的电磁噪声在电源线的传播过程中形成的。其主要有差模干扰和共模干扰两种。差模干扰是指任意两个载流导体间应该有的电位差,共模干扰是指任意载流导体和参考地间不应该有的电位差。此两种干扰的电路图如图2所示:

从图2(a)中,我们可以看到开关管的V1在接通时,其信号电流Il和差模电流Idm会沿着开关管、变压器和导线之间组成的回路进行流通,其干扰电流是通过输入电源线回路和地线回路来完成输送的。图2(b)中,开关管V1处于断开状态时,集电极电压会瞬间转变为高电压,其形成的共模电流Iem1会向Cp1充电和共模电流Iem2会向Cp2充电,此时线路中共模电流值为 (Iem1+Iem2),其干扰电流施工过输入电源线进行输送的,而不是经过地线。因此,唉对电源线滤波器的安置过程中我们要分析共模干扰哦和差模干扰的区别,从各自的传输路径上进行抑制。

1.3寄生和分布参数引起的干扰

当电气设备元件在进行高频工作时, 会产生不同的频率特性。其特性图如图3所示。

高频工作过程中,其连接设备元件的导线会转换成发射线、电阻会转变成共振电路、电容与电阻之间互相转换,最终使元件的频率特性发生了较大变化。因此在开关电源设计时要尽量选择具有高频特性的设备元件。同时,高频工作会增加相应的导线电感的感抗性能,使其成为一个可以让电磁不断传输的发射线,因而是开关电源的干扰源之一。

开关电源产生电磁干扰的主要内部因素是因为开关电源自身的分布参数影响,其参数主要包括散热器和开关电源之间的不均匀分布电容、原副边的漏感、变压器不同级配之间的分布电容等。共模干扰就是通过散热器和开关电源之间的不均匀分布电容完成干扰传输的。

1.4输入电流畸变引起的干扰

一般情况下开关电源会选择使用电容滤波型整流电源和桥式整流电源。其整流内部滤波电容的储能和二极管的非线性特点,会减小二极管的导通角,输入电流在短时间内会转换成具有高峰值的尖峰电流。这种电流会包含较强的高次谐波分量和基波分量,当谐波分量流入电网时,便会造成较强烈的谐波污染。

2开关电源电磁干扰抑制技术

2.1软开关技术

软开关技术主要包括零开关PWM变换器、谐振变换器、零转换PMW变换器、 准谐振变换器等。零开关PWM变换器是通过将谐振进行不同程度的换相,换相完成后继续进行PWM的工作形式,这不仅可以解决PWM开关中的故障问题,还可以为PWM开关提供较低稳态应力和较低能耗。软开关技术的使用虽然能够在一定程度上降低电磁干扰影响,但其使用过程中经常会添加相应的辅助开关电路,这在某些方面也增加了电磁干扰的污染。

2.2有源滤波技术

有源滤波技术是针对共模干扰进行抑制的一种技术。其基本工作原理是通过在主回路中捕捉一种补偿信号,其具有与电磁干扰信号大小相等但相位相反的特点,采用这种信号去平衡相应的电磁干扰,从而不断降低电磁干扰的水平。有源滤波器是一种能够对晶体管的电流进行扩大,从而发射极的电流整合到基极中, 在基极回路中完成降低干扰的一种设备。 其主要工作电路方式如图4所示:

2.3扩频调制技术

在一个周期信号中,其能量分布会主要集中在谐波分量和基频信号中,在工作频率提高的情况下,谐波能量会不同程度的降低。通常情况下,谐波带宽的次数是基频带宽的倍数,如果能够将扩频技术应用到其中,会让谐波能量在更广阔的范围分布。如果要在开关电源中采取扩频信号的方式,就应该先调制电源开关中脉冲控制电路输出的脉冲信号,以让其形成具有调制信号的的扩频时钟。扩频调制技术与原有的技术方法相比具有可靠高效降低电磁干扰的特点,且不会影响电源效率。

2.4屏蔽技术

屏蔽主要分为电磁屏蔽和静电屏蔽两种,其中电磁屏蔽在避免磁场、交变电场和交变电磁场的影响方面应用较广,静电屏蔽在避免恒定磁场和静电场影响方面应用较广。屏蔽技术是对开关电源电磁干扰进行抑制的可靠方法,如在散热器安装过程中可以将一层屏蔽片安置在其两层绝缘片之间,并对屏蔽片做接地处理, 这样可以有效阻断射频干扰向输入电网的传播。

3结束语

浅谈电磁兼容与电磁干扰 篇3

1 电力电子技术的现状

现代电力电子技术的发展方向, 是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学, 向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于50年代末60年代初的硅整流器件, 其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代, 并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。由于电力电子变频技术的迅速发展, 使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美, 交流调速技术大量应用并占据主导地位。在未来的磁悬浮列车中, 电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外, 车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。另外, 电力系统在通向现代化的进程中, 电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说, 如果离开电力电子技术, 电力系统的现代化就是不可想象的。总之, 电力电子技术的应用范围已经十分广泛。

2 电子设备电磁干扰是怎么产生的

2.1 电子设备设计的原因

电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上, 于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板, 对仪器的正常工作产生有害的干扰, 而仪器所产生的电磁波, 也非常容易辐射到周围空间, 影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求。

2.2 二极管的反向恢复时间引起的干扰

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过, 在其受反偏电压而转向截止时, 由于PN结中有较多的载流子积累, 因而在载流子消失之前的一段时间里, 电流会反向流动, 致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化 (di/dt) 。开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波, 其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时, 这种谐波干扰将会很小。另外, 功率开关管在截止期间, 高频变压器绕组漏感引起的电流突变, 也会产生尖峰干扰。

2.3 交流输入回路产生的干扰

无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量, 通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量, 通过输入输出线传播时, 都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

3 电磁兼容性设计的内容

3.1 电子设备的接地

接地是电子设备的一个很重要问题。接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位, 保证电路系统能稳定地干作。另外, 机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放, 否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。对于电路的屏蔽体, 若选择合适的接地, 也可获得良好的屏蔽效果。保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时, 可避免电子设备的毁坏;当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时, 可避免操作人员的触电事故发生。

电路的接地方式基本上有三类, 即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中, 只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上, 以使接地引线的长度最短。接地平面, 可以是设备的底板, 也可以是贯通整个系统的地导线, 在比较大的系统中, 还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点, 利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

3.2 电子设备的屏蔽

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离, 以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲, 就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来, 防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来, 防止它们受到外界电磁场的影响。

功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗, 为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘, 这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容, 开关电源的底板是交流电源的地线, 因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰, 解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片, 并把屏蔽片接到直流地上, 割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射, 电磁干扰对其他电子设备的影响, 可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩, 然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体, 就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。

3.3 利用滤波技术

滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如, 在电源输入端接上滤波器, 可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰, 也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中, 还采用很多专用的滤波元件, 如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环, 它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器, 并正确地安装和使用滤波器, 是抗干扰技术的重要组成部分。滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施, 可以滤除多种原因产生的传导干扰。

电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰, 使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时, 不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量, 又应该不受任何不希望有的能量的影响。但由于电子技术应用广泛, 而且各种干扰设备的辐射很复杂, 要完全消除电磁干扰是不可能的。但是, 根据电磁兼容性原理, 可以采取许多技术措施减小电磁干扰, 使电磁干扰控制到一定范围内, 从而保证系统或设备的兼容性。

参考文献

[1]陈睿琦, 康文, 齐欣.几种实用的抑制电磁干扰的方法[J].电子器件, 2004 (4) .

[2]夏咏梅, 郭会然.MIC电源电气管理系统抗干扰设计研究[J].车辆与动力技术, 2005 (3) .

电磁干扰的原因 篇4

随着科学技术的发展, PIC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行, 系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各类型PLC, 有的是集中安装在控制室, 有的是安装在生产现场和各电机设备上, 它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性, 一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力, 另一方面要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视, 多方配合才能完善解决问题, 有效地增强系统的抗干扰性能。因此, 研究PLC控制系统抗干扰信号的来源、成因及其抑制措施, 对于提高PLC控制系统的抗干扰能力及可靠性具有重要的意义。

2 提高系统抗干扰能力措施

抗干扰的措施主要分为两种:一是硬件方面;二是从软件方面。下面逐一对这两个方面进行分析:

2.1 硬件方面

从硬件方面来说, 在设计PLC控制系统时, 通过在正确选择PLC、正确选择接地点, 接地方式、合理配置供电电源和I/O端的接线等措施, 可有效提高系统的抗干扰能力。

2.1.1 PLC的选择

选用PLC时, 要选择有较高抗干扰能力、尤其是外部抗干扰能力以及包括电磁兼容性 (EMC) 好的产品, 如采用浮地技术、隔离性能好的PLC品牌。同时要根据应用的具体环境 (电磁环境) 合理选择PLC, 由于我国采用的是220V高内阻电网制式, 而欧美地区是110V低内阻电网, 我国电网内阻大, 零点电位漂移大, 地电位变化也就大, 工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上, 因而对系统抗干扰能力也就更高, 在国外能正常工作的PLC产品在国内就不一定能可靠运行, 因此在采用国外PLC产品时应按我国的标准 (GB/T13926) 合理选择。

2.1.2 正确选择接地点, 完善接地系统

接地的目的通常有两个, 其一为了安全, 其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

系统接地方式有:浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言, 它属高速低电平控制装置, 应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响, 装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz, 所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式, 各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大, 应采用串联一点接地方式。

信号源接地时, 屏蔽层应在信号侧接地;不接地时, 应在PLC侧接地;信号线中间有接头时, 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理, 一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时, 各屏蔽层应相互连接好, 并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。

2.1.3 电源部分的抗干扰方法

电源变压器是电源部分的主要元件, 为了抑制电网中的干扰, 一般选用隔离变压器, 且变压器容量应比实际需要大1.2~1.5倍左右。在使用中应要求变压器的屏蔽层良好接地, 次级线圈连接线要使用双绞线, 以减少电源线间干扰。对于PLC的控制器电源, 如果条件许可, 还可在隔离变压器前加入滤波器, 此时变压器的初级和次级连接线均要使用双绞线, 这样干扰信号经滤波隔离后可大大减弱, 增强了系统的可靠性。

PLC供电系统可采用如下方式, 控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电, 并与主电路电源分开。当某一部分电源出了故障时, 而不会影响其他部分, 如输入、输出供电中断时, 控制器仍能继续供电, 提高了系统的可靠性。

2.1.4 I/O端的接线

输入接线: (1) 输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小, 电压降不大时, 输入接线可适当长些。 (2) 输入/输出线不能用同一根电缆, 输入/输出线要分开。 (3) 尽可能采用常开触点形式连接到输入端, 使编制的梯形图与继电器原理图一致, 便于阅读。

输出连接: (1) 输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中, 可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。 (2) 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上, 并且连接至端子板, 若将连接输出元件的负载短路, 将烧毁印制电路板。 (3) 采用继电器输出时, 所承受的电感性负载的大小, 会影响到继电器的使用寿命, 因此, 使用电感性负载时应合理选择, 或加隔离继电器。 (4) PLC的输出负载可能产生干扰, 因此要采取措施加以控制, 如直流输出的续流管保护, 交流输出的阻容吸收电路, 晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

2.2 软件方面

从软件设计方面提高系统抗干扰能力, PLC内部具有丰富的软元件, 如定时器、计数器、辅助继电器等, 利用它们设计一些程序, 可以屏蔽输入元件的误信号, 防止输出元件的误动作, 提高系统的抗干扰能力。

2.2.1 延时控制

控制器的外部开关量和模拟量输入信号, 由于噪声、干扰、开关的误动作、模拟信号误差等因素的影响, 不可避免会形成输入信号的错误, 引起程序判断失误, 造成事故。当按钮、开关作为输入信号时, 则不可避免产生抖动。输入信号是继电器触点, 有时会产生瞬间跳动, 将会引起系统误动作。在这种情况下, 可采用定时器延时来去掉抖动, 定时时间根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定, 这样可保证触点确实稳定闭合 (或断开后) 才执行。

2.2.2 软件滤波

对于模拟信号, 可采用多种软件滤波方法来提高数据的可靠性。连续采样多次, 采样间隔根据A/D转换时间和信号的频率而定。采样数据先后存放在不同的数据寄存器中, 经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。常用的滤波方法有: (1) 程序判断滤波; (2) 中值滤波; (3) 滑动平均值滤波; (4) 去极值平均滤波; (5) 算术平均值滤波; (6) 防脉冲干扰平均值滤波。

2.2.3 封锁控制

某些干扰是可以预知的, 例如可编程序控制器的输出命令驱动大功率器件动作, 常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号, 它们产生的干扰信号可能使可编程序控制器接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内, 可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号, 适当延时, 在干扰消除后, 再取消封锁。

3 结束语

以上的措施, 经若干PLC控制系统现场实际运行表明, 能够消除现场干扰信号的影响, 保证系统的可靠运行。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题, 因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素, 合理有效地抑制抗干扰, 对有些干扰情况还需做具体分析, 采取对症下药的方法, 才能够使PLC控制系统正常工作。

摘要：随着科学技术的发展, PIC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行, 系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。文章主要论述了PLC在运行过程中所受到的干扰来源, 以及解决这些干扰的一些措施, 另外还对变频器的抗干扰问题进行了一系列讨论。

关键词：PLC控制系统,抗干扰,措施

参考文献

[1]陈宇.可编程序控制器基础及编程技巧[M].广州:华南理工大学出版社, 1999.

[2]陈在平, 赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计[M].北京:机械工业出版社, 2002.

微机继电保护装置的电磁干扰分析 篇5

在计算机技术飞速发展的今天,基于数字计算机和实时数字信号处理技术实现的电力系统微机继电保护装置,以其综合判断能力强、性能稳定、灵活性强、可靠性高等特点,正在逐步取代常规的继电器型或晶体管型的保护装置。但是,微机继电保护装置属于低电平的弱电装置,而它工作的场所是电磁干扰非常严重的强电场所。所以,采取何种抗干扰措施才能保证微机继电保护装置从容面对各种干扰,并做到不误动和不拒动,显得尤为重要。

2 电磁干扰的来源及传播途径

说到电磁干扰,首先要理解电磁兼容,根据国际电工委员会(IEC)的定义,所谓电磁兼容(EMC)指的是设备或系统在其电磁环境中不受干扰地正常工作,而且其自身所发出的电磁能量也不至于干扰和影响其它设备的正常运行。简单地说,电磁兼容就是各种设备和系统在共同的电磁环境中互不干扰,并能各自保持正常工作的能力。而干扰产生的原因很多,干扰的形成包括干扰源、传播途径和被干扰对象等三个基本要素。要解决好电磁兼容问题,必须围绕上述三个基本要素,抑制干扰、阻断干扰传播途径及提高设备自身的抗干扰能力。

2.1 电磁干扰的来源

电磁干扰的来源主要有如下两个方面:

(1)内部干扰

内部干扰,即主要由微机继电保护装置自身结构、元件布置、制造工艺等方面所引起的干扰。

(2)外部干扰

外部干扰主要包括如下几个方面:

①变电站设备的交流电源及直流电源受低频扰动,如电压波动、电压突降或中断、谐波污染、非工频整数倍的简谐波、电力线附加信号扰动等;

②高频干扰,如雷击、操作或短路故障造成的干扰等;

③场的干扰现象,包括工频磁场、脉冲磁场、阻尼振荡磁场、辐射电磁场等。

2.2 传播途径

电磁干扰的传播途径主要包括两种:一种途径是通过金属导体以及电感、电容、变压器或电抗器等的传导,这种传播方式的特点是这些载体在传导电磁干扰信号的同时,也消耗干扰源的能量;另一种途径是以电磁波的形式在空间中的辐射干扰,这种传播方式的特点是,干扰源对外辐射能量具有一定的方向性,并且辐射的能量随着距离的增加而逐渐减弱。这两种传播途径在传播过程中是可以相互转换的。

2.3 电磁干扰分析

2.3.1 形成电磁干扰的三个因素

形成电磁干扰必须同时具备干扰源、敏感设备、耦合通道三个因素,为了研究干扰途径,必须要认识到传播途径所包含的多种传输方式,图1给出了装置中四种干扰途径,分别为:

(1)途径①从干扰源到敏感设备的直接辐射;

(2)途径②从干扰源将射频能量直接辐射到敏感设备的电源线或信号控制电缆上;

(3)途径③射频能量通过电源线、信号线及控制线,从干扰源辐射到敏感设备上;

(4)途径④射频能量通过公共电源线或公共信号线进入控制电缆。

2.3.2 耦合方式

电磁骚扰存在于装置的端口或在敏感设备的回路中,其作用的形式可以分为共模干扰和差模干扰两种形式。

如图2所示,差模干扰是串联于信号源之中的干扰,在两根信号线之间传输,属于对称性干扰,一般是指在两根信号线上产生的幅度相等,相位相反的噪声。

如图3所示,共模干扰是引起回路对地电位发生变化的干扰,即对地干扰。一般指是在两根信号线上产生的幅度相等,相位相同的噪声。

如图4所示,相线(L)与地(E)和中线(N)与地(E)间存在的电磁干扰信号称为共模干扰信号,即电压U1、U2;对L、N线而言,共模干扰信号可视为在L线和N线上传输的电位相等、相位相同的噪声信号。把L线和N线之间存在的干扰信号称作差模干扰信号,也可把它视为在L线和N线上有180°相位差的共模干扰信号。

从上面的概念中可知,共模干扰电压并不会影响电路的正常工作,因为相线L、中线N与回线之间的信号电压并没有因为干扰电压存在而发生改变,而差模干扰电压是引起电路故障的根本原因。但事实并非如此简单,原因是:

(1)由于电路的不平衡性,相同的共模电压会在信号线和信号地线上产生不同幅度的共模电流,从而产生差模电压,形成干扰。

(2)共模电流会产生很强的辐射,对周围的电路形成辐射性干扰,而电缆的共模辐射则是设备辐射干扰发射超标的主要原因之一。

一般情况下,电缆上产生共模电流的原因有三个方面:一个是外界电磁场在电缆中所有导线上感应出来的电压(这个电压相对于大地是等幅同相的),这个电压产生电流;另一个原因是电缆两端的设备所接的地电位不同,在这个地电位的驱动下产生电流;第三个原因是设备上的电缆与大地之间的电位差,这样电缆上会有共模电流。如果设备在其电缆上产生共模电流,电缆会产生强烈的电磁辐射,会对电子、电气产品元器件产生电磁干扰,将影响产品的性能指标。另外,当电路不平衡时,共模电流会转变为差模电流,差模电流将对电路直接产生干扰影响。对于电子、电气产品电路中的信号线及其回路而言:差模电流流过电路中的导线环路时,将引起差模辐射,这种环路相当于小环天线,能向空间辐射磁场或接收磁场。因此,必须限制环路的大小和面积。

3 电磁干扰产生的不良后果

(1)电源回路干扰的后果:使计算机电源受干扰,造成计算机工作不稳定,甚至死机。

(2)开关量输入、输出通道干扰的后果:变电站现场断路器或隔离开关的辅助触点通常都是通过长线接至开关量的输入回路,因其受到干扰,会产生辅助触点抖动,造成计算机系统对分、合位置的误判断。开关量的输出通道由计算机的输出至断路器的跳、合闸的出口回路,除了易受外界引入的浪涌电压干扰外,自动装置内部也容易有干扰信号,导致误动。

(3)模拟量输入、输出通道干扰后果:从电流互感器或电压互感器的二次引线引入浪涌电压,造成采样数据错误,轻则影响采样精度和计量的准确度;重则可能引起微机保护误动,甚至可能损坏元器件。

(4) CPU和数字电路受干扰的后果:当CPU正通过地址线送出一个地址信号时,若地址线受干扰,使传送的地址错误,导致取出的指令、操作码或数据的错误,结果有可能误判断或误发命令,也可能取到CPU不认识的指令操作码而停止工作或进入死循环;如果CPU在传送数据过程中,数据线受干扰,则造成数据错误,逻辑紊乱,对于微机保护装置来说也可能引起误动、拒动或引起死机;计算机的随机RAM是存放中间计算结果、输入输出数据和重要标志的地方,在强电磁干扰下,可能引起RAM中部分区域的数据或标志出错,其所引起的后果如同数据线受干扰一样,也是很严重的;大部分自控装置的程序和各种定值存放在EPROM中,如果EPROM受干扰,使程序或定值遭破坏,将导致相应的自动装置无法工作。

4 微机继电保护装置抗电磁干扰措施

(1)隔离屏蔽干扰来源

电源部分加装交直流滤波器,保证电源输出干净、稳定;通信部分加装光电隔离,同时使用带有屏蔽层的信号线用来杜绝干扰信号的入侵;设备机箱屏蔽用来阻隔来自空间电磁场的辐射干扰,屏蔽措施的实质是通过由具有良好导电性的金属材料所构成的全封闭的壳体来隔离和衰减电磁干扰。

(2)完善接地方案

常见有以下几种情况:一种称为信号接地,通过把装置中的两点或多点接地点用低阻抗的导体连在一起,为内部微机电路提供一个电位基准,为了尽量减少共模干扰,同一电路中的地电位应保持一致,同时,避免不必要的地线环路,也可以减少外磁场空间干扰的耦合;另一种称为功率接地,为了将沿微机继电保护电源回路串入的以及从低通模拟滤波回路耦合进来的各种干扰信号滤除,往往要加装滤波器,在加装滤波器时,必须要确保滤波器可靠接地,以使干扰信号有泄放的通路;还有一种接地方式称为屏蔽接地,即将保护装置外壳以及电流、电压变换器的屏蔽层接地,以防止外部电磁场干扰和从输入回路窜入的干扰。

5 结束语

继电保护的电磁干扰及防护措施 篇6

关键词：电磁干扰,防范措施,电气设备

1 概述

电气设备和电子设备在其运行过程中, 都会产生电磁能, 并通过传导和辐射两种形式对敏感设备产生干扰。对于继电保护装置来说, 它产生的电磁能既可能干扰其它的运行设备, 又可能被其它设备产生的电磁能所干扰。因此继电保护装置工作在电磁干扰环境严重的电力系统中, 继电保护装置的抗电磁干扰性能力在一定程度决定了其能否可靠运行。

2 电磁干扰的产生

电力系统中的电磁干扰大致可分为三种情况:一次设备之间、一次和二次设备之间、二次设备之间。电力系统中运行的高压变电所是一次设备和二次设备最集中的场所, 也是一个高强度电磁干扰源的产生地。如变电所在运行中遭雷击, 雷电流通过变电所母线的架空线路传入, 引起接地网上的电位升高;又如电力系统发生振荡、过电压等各种类型故障;或在正常运行条件下, 变电所内进行断路器、隔离开关等的倒闸操作;以及二次回路中电缆之间的电磁耦合和工作人员在保护室内使用步话机、手机等通信设备时, 均会产生电磁干扰。

3 电磁干扰源的分析

3.1 雷击

当变电所的接地部件或避雷器遭受雷击时, 由于变电所的地网为高阻抗或从设备到地网的接地线为高阻抗, 都将因雷击产生的高频电流在变电所的地网系统中引起暂态电位的升高, 就可能导致继电保护装置误动作或损坏灵敏设备与控制回路。

3.2 隔离开关操作

由于隔离开关的操作速度缓慢, 操作时在隔离开关的两个触点间就会产生电弧闪络, 从而产生操作过电压, 出现高频电流, 高频电流通过母线时, 将在母线周围产生很强的电场和磁场, 从而对相关二次回路和二次设备产生干扰, 高频电流通过接地电容设备流入地网, 将引起地电位的升高。

3.3 步话机辐射干扰

在使用步话机时, 它的周围将产生强辐射电场和相应的磁场, 变化的磁场耦合到附近的弱电子设备的回路中, 回路将感应出高频电压, 形成一个假信号源, 从而导致继电保护装置不正确动作。

3.4 断开直流回路电感线圈

断开直流回路电感线圈的电流时, 储积在线圈中的磁能不能马上释放, 磁能与杂散电容就形成串联高频谐振回路, 产生高频过电压。

4 抗电磁干扰的防护措施

4.1 土建施工的防护措施

将保护室的结构地板及墙体中加强筋全部联网并接于地网, 以制造一个放置整个二次系统的极低阻抗地平面。控制室上的避雷针必须用多根周边导体与地网相联, 金属结构与钢筋混凝土的加强筋必须联通, 上端与避雷针相联, 下部与地网相联, 形成有效的网格法拉第笼。

4.2 一次设备的防护措施

尽量降低电流互感器、电压互感器、避雷器等设备的接地阻抗, 使之构成一个低阻抗的接地网来降低变电所内的地电位差。对于电容式电压互感器和高频通道的耦合电容器, 应尽量降低电容器的底座高度, 接地引下线采用多股导线来增加接地线接入地网的密度。

4.3 二次设备的防范措施

4.3.1对于微机保护屏的外壳应采用以焊接的金属柜为第一层防护层, 各电子元件放置在密封的铝结构框架做成的外壳内, 形成第二防护层, 使用带护环的多层板的印刷线路为第三防护层。

4.3.2对于二次回路中来回的两根芯线必须在同一根电缆中, 以避免产生过大的差模电压, 由电容式设备来的二次电缆应紧靠接地引下线敷设。

4.3.3禁止不同能量等级的强电与弱电回路共用一根电缆。

4.3.4所有用于联接由开关场引入控制室继电保护设备的电流、电压和直流等可能由开关场引入干扰电压到基于微电子器件的继电保护设备的二次回路, 应采用带屏蔽层的控制电缆, 且屏蔽层在开关场和控制室两端同时接地, 开关场的屏蔽层接地点应离一次设备的接地点3~5m处接地。

4.3.5高频电缆也应在开关场和控制室两端同时接地, 并且与高频电缆并联敷设紧邻的100mm粗铜导线沟通。

4.3.6集成电路型或微机型保护的交流及直流电源的来线, 应先经抗干扰电容进行处理, 引入装置在屏上的走线, 应远离直流操作回路的导线及高频输入 (输出) 回路的导线。外部引入保护装置的空触点, 进入保护时应经光电隔离, 输出只能以空触点或光耦输出, 保护用电缆与电力电缆不应同层敷设。

5 结语

浅谈消防系统中电磁干扰的问题 篇7

1 电磁干扰在消防系统中的危害

这里所指的消防系统是火灾自动报警系统、室内外消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、气体灭火系统、细水雾灭火系统等的总称。由于各类消防系统和消防设备各司其职工作于不同场合, 一旦发生电磁干扰影响的危害程度也各不相同。

1.1 在火灾自动报警系统中

火灾报警主机接收的是触发器件 (感烟探测器、感温探测器和手动火灾报警按钮等) 通过回路线传送的信号。一旦信号在传送途中由于电磁干扰导致误报, 联动控制器将按设定的控制逻辑准确发出联动控制信号给电梯迫降、非消防电源切断、消防泵、喷淋泵、防火门、防火阀、防排烟阀和通风等等消防设备;同时以声、光和音响等方式向报警区域发出火灾警报信号, 以警示人们迅速采取安全疏散。

声、光和音响等方式的误报警其结果往往造成人们许多不必要的恐慌, 尤其在人员密集的公众聚集场所这种潜在危险更大。电梯迫降和非消防电源切断等有时可能造成大的损失和严重后果, 本市就曾发生过由于电梯迫降产生的人员伤亡事故。

1.2 在消防水系统中

在一些高层或超高层的建筑, 其室内消火栓和自动喷水灭火系统的组成的供水管路, 为了保证最不利点出水的压力其水管管网最大压力可能到达1.0MPa或者更高。特别在一些十几年以上的老旧大楼, 由于电气设备的无序添加, 致使电磁干扰现象日益严重。一旦水泵远程启动模块受到电磁干扰而发生误动作, 这样就有可能长时间的启动消防泵或者喷淋泵。水泵打出过高的压力极有可能破坏原本的消防水管网, 造成大面积的出水, 甚至发生人员伤亡事故。这是确实存在的一种消防隐患。

1.3 在气体灭火系统中

气体灭火系统主要由报警触发器件 (感烟、感温探测器等) 、警报装置 (声光报警器、警铃等) 、气体控制盘、气体存储容器和气体输送管网等几大部分组成。其工作原理为:由触发器收集火灾信息, 通过回路线传送火警信息给控制器。由控制器分别对一点报警或两点报警进行控制输出。一般当两点报警后声光报警器、警铃启动, 保护区域的非消防电源切断, 防火阀关闭。延时器即刻启动, 当30 s后, 控制灭火气体喷放的电磁阀启动, 组合分配系统管网的选择阀开启, 灭火气体迅速通过管网进入保护区域扑灭火灾。由于当今越来越多的电子、通信以及大功率电器的使用, 空中电磁干扰日益增多, 在实际情况中无论是信号的传送、控制器的计算和控制, 各个环节都是很容易受到干扰的。一旦有一环受到干扰, 有可能会造成无预警的气体误喷而导致人员伤亡, 因此, 气体灭火系统的电磁干扰更应该成为防范重点。

1.4 无预警误喷的实例

某变电所使用一款型号为RP-1002的气体灭火产品。在发生突然喷放后, 检查人员对系统本身、报警触发器和主机操作记录等做了检查, 但都未检查出任何异常。直到在火灾自动报警 (FAS) 记录到的喷放时间与电力设备监控系统 (SCADA) 上面记录到的变压器跳闸时间一致。在排除其他因素和无法确认其他潜在因素的情况下, 调查组最终认定气体灭火系统是受变压器跳闸产生的电磁干扰而喷放的。

城市轨道交通、飞机场、变电所、通信发射基站等等场所均为电磁干扰复杂且干扰强度大的环境, 运行在这些场所的气体灭火系统尤其容易受到电磁干扰。下面笔者将以轨道交通为例, 分析具体的干扰源是哪些、如何去有效的防御和抑制干扰。

2 通过气体灭火系统在轨道交通中的实例来分析

2.1 轨道交通中的强电磁干扰环境

地铁是通过直流1 500V供电驱动机车而运行的, 其沿线的变电站是供电设备的集中场所。在此场所下运行的电气设备, 尤其是气体灭火系统应具有较强的抗电磁干扰的能力。还要保证在此场合最大电磁场环境下, 灭火设备均能不受其干扰而产生异常、故障和误动作。

在轨道交通供电系统及各种通信信号, 无线通讯、各种自动化控制系统中, 采用了大量的电器产品, 其中包括有高压设备和线路 (35k V交流, 1 500V直流) , 低压 (380V交流, 220V交流, 24V直流) 等多种类型的电压等级。设备所处环境中, 有大量的电磁干扰发生源, 其干扰源从大到几千千伏安的变压器到小型无线通讯设备等。因此, 火灾报警系统和气体灭火控制系统对由这些干扰源所产生的电磁干扰进行有效的防护, 将是系统安全可靠运行的基本保证。

2.2 轨道交通中存在的主要干扰源

(1) 静电干扰:静电干扰是由于带不同电位的材料或物体相互“接触分离”过程中产生了电荷转移从而产生的一种自然的电磁干扰。静电干扰的危害性极大, 对其防范的疏忽, 将可能直接导致设备中电子电路的损坏。对气体灭火系统而言, 静电干扰的发生主要在人员对设备进行操作、维护或一般接触时产生。

(2) 雷电干扰:雷电干扰是由于雷电冲击所产生的自然放电现象。雷电的最大特点是冲击电流大, 其电流高达几万至几十万安培, 持续时间短, 整个过程一般不会超过60μs。同时, 雷电流的变化剃度很大, 会产生较大的交变磁场, 从而产生较大的电磁干扰。

(3) 电源浪涌干扰:主要是电力系统出现短路、投切大负荷是都会产生大量的辐射电磁场, 从而产生较大的电磁干扰。上述雷电干扰也属于此类干扰。

(4) 辐射干扰:这类辐射的干扰源主要是由于电器设备在运行过程中产生的电磁波通过介质 (包括自由空间) 以电磁波的特性和规律传播。产生辐射电磁波的设备如果是结构开放式, 几何尺寸和电磁波的波长在同一量级上时, 就会构成辐射干扰。在轨道交通运行环境中, 大量使用无线通讯设备, 而这些设备的天线就是最大的辐射干扰源, 同时, 轨道交通中所大量采用的大型变压器、整流器、高低压控制柜、通讯设备等均是主要的辐射干扰源。

(5) 传导干扰:主要是通过导体传播的干扰。传导干扰源产生的电压电流沿地线网络、电源、信号线等途径传输, 在其他电路或设备中产生相应的电流或电压。传导干扰的强度与传导通路密切相关。在本系统中, 邻近的电源线、接地线、设备之间的通讯线、控制信号线等都可能成为其传导干扰的产生因素。

2.3 轨道交通采取防干扰和抑制自身产生干扰的措施。

(1) 在设备设计和制造过程中对抗电磁干扰的措施:将设备元器件采用大规模集成电路和成套生产技术, 尽最大可能排除电磁干扰。同时, 为获得较小的表面积尺寸及较大的抗射频噪声性能, 所有设备的电子线路采用表面焊接技术, 采用屏蔽安装技术。相当于为设备加装了一层屏蔽外壳, 更加提高了设备的抗干扰性。保证设备及系统均不产生任何影响地铁环境中其它设备、系统或生态的电磁干扰。达到标准所要求的电磁兼容性能。

(2) 防雷击干扰的方式和措施:该系统的火灾报警及气体灭火控制系统均布置于各建筑物室内或地下, 而建筑物均设有避雷装置 (避雷针或防浪涌设备) , 此设备的设置, 将有效地保证建筑物内设备对雷击或雷击干扰的防止。对于该工程中控制器、模块箱、手动控制箱等设备外壳, 均应先通过接地线与建筑物内提供的户内接地网相连接后, 再通过连接地线与变电所户外主接地网可靠连接, 以保证在遭受雷击时变电所户外主接地网的电位升高后, 户内接地网的电位跟着升高, 使二者的电位差等于零。

(3) 电磁屏蔽方式:设备无论是控制盘还是手报箱、端子箱均采用金属 (钢) 外壳封装形式, 该金属外壳实际上起电磁屏蔽层的作用, 电磁屏蔽层可以达到消除噪声电流的目的 (如图1) 。

钢材料的相对导电率为17, 相对磁导率为200。根据有关资料得到厚度为1mm的钢板接地面积阻抗对10 Hz-10GHz不同频率的阻抗的最小值为106μΩ。以而系统内的电流一般不会超过100m A, 据此可以算出一般对地电位差在0.1m V左右, 因此无论是外界对该设备的干扰和该设备对外界的干扰, 均满足有关标准。需指出的是, 本系统的所有外壳均采用超过1.5m m的钢板, 无疑将更大地提高系统的抗干扰和防干扰泄漏的效能。

(4) 穿管保护:在该工程的系统施工布线时, 采用穿金属管的方式进行, 该金属管即起到保护导线的作用, 也主要起到屏蔽电磁干扰的作用。金属管的屏蔽效能和上述金属外壳的估算方式一样, 通过对面积和干扰能量的计算同样可以得出, 金属管的壁厚>1mm时, 就能达到电磁屏蔽的效能。

(5) 电磁隔离:对于与外部设备相连接的设备, 采用加装隔离器的电磁隔离措施, 防止外来电磁干扰波进入本系统。

3 结语

电磁干扰问题是在电子产品高度发展的今天是一个十分广泛的课题, 其中每一个问题都能够单独进行深入研究, 比如防雷、接地、布线等等, 每一个范畴都是值得深入研究和探讨的问题, 该文只是作者根据实际工程中的设计、施工及多年工作的经验进行一次初步的探讨, 希望对读者有所助益。

参考文献

[1]黄耀峰.电子电气设备的接地[J].电源技术应用, 2001.

[2]诸邦田.电路抗干扰技术手册[M].北京:北京科学技术出版社, 1988.