防电磁干扰（精选7篇）
防电磁干扰 篇1
电磁干扰简称EMI, 是指电磁场或者传导随着电流、电压的作用产生降低设备装置性能或造成不良影响的一种电磁现象。电磁干扰普遍存在于电子仪器的使用过程当中。特别是通讯设备的普及和计算机的广泛应用更是导致电磁环境恶化, 使电子仪器受到电磁干扰的现象日益严重, 影响设备的正常使用。因此, 掌握防电磁干扰技术对于提高电子仪器的使用质量是十分必要的。
1 电磁干扰的来源和危害
影响仪器的电磁干扰有许多种, 通常可以将其分为自然干扰和人为干扰。静电放电和大气噪声是自然干扰的主要表现, 静电放电是指设备或人体自带的静电以火花或电晕的形式释放给仪器带来的影响。大气噪声干扰是一种脉冲宽带干扰, 覆盖频谱宽, 传播距离远, 常见的如雷电产生的放电现象等。人为干扰是指仪器或其它装置产生的电磁干扰。常见干扰源有高频设备、小型电器或无线电发射设备等。此外, 电磁干扰除了需要上述的干扰源以外还需要同时具备敏感接受器和偶合路径两个因素才能产生。它的出现会干扰很多电子仪器, 使其在测量过程中出现偏差, 给设备使用带来消极负面的影响。特别是在医用电子仪器的使用过程中, 电磁干扰常使检测结果与实际情况不符, 给医疗工作带来极大困难, 甚至危及病患生命。所以防电子干扰在电子仪器的生产和使用当中变得迫在眉睫。
2 防电磁干扰技术措施的具体应用
为了保证电子仪器的正常使用, 在仪器的制作过程中就应该考虑如何防止电磁干扰。目前, 在仪器中加入电磁兼容设计是防电磁干扰的重要手段。通过研究发现, 仪器某些部位的线路、敏感元件等是电磁干扰的产生部位。针对这样的情况, 对于如何防止电子仪器受到电磁干扰提出以下几点措施。
2.1 屏蔽
屏蔽是电子仪器特别是实验室电子测量仪器最常使用的防电磁干扰技术之一。主要是从耦合路径方面着手对干扰电子仪器的电磁加以隔离。屏蔽分可为磁场屏蔽、电磁屏蔽和静电屏蔽三种。
磁场屏蔽主要是指抑制或消除由磁场耦合所引起的干扰。在低频仪器中, 电流流经线圈的时候线圈周围会产生磁场, 整个空间布满闭合磁力线, 便会对仪器附近的敏感设备产生电磁干扰。这种情况之下, 通常采用硅、铁制品对设备进行屏蔽。如果线圈所在的闭合环是铁磁材料制成, 则散发在空气中的漏磁便会减少, 从而抑制磁场源对周围敏感仪器的干扰, 起到屏蔽保护的作用。
电磁屏蔽是抑制高频磁场下敏感设备和干扰源通过远距离磁场耦合而产生干扰的一种手段。通常采用铜、铝等电阻较小的良性导体为材料进行屏蔽。干扰电磁波在传到金属表面的时候会被吸收或反射, 从而衰减电磁波能量, 减少电磁对电子仪器的干扰。静电屏蔽则适用于静定耦合所产生的相互干扰, 应用原理和上述屏蔽措施类似。
2.2 滤波
滤波是抑制电磁传导干扰的一种手段。一些敏感电子设备常常通过信号线、电源线等向外传导干扰信号。想要抑制这种干扰信号通常采用低通滤波器对信号进行滤波, 通过过滤可以有效的对混乱、复杂的干扰电波进行抑制。低通滤波器是从产生电磁效果的干扰源着手对电磁干扰进行遏制, 但是在进行这种电磁兼容设计的时候需要考虑低通滤波器的特性, 包括:额定电压及耗损、额定电流、频率、电阻抗性、绝缘电阻及漏电电流等等。
常被用作低通滤波器的有同轴吸收和参数元件两种滤波器。同轴吸收滤波器主要是在电源线进出的钢管中加入吸收介质, 如磁珠、磁管、铁氧体材料等, 把瞬变的电磁能量转化成热能并消耗掉, 从而起到抑制此干扰的目的。无元集中参数滤波器是一种由电容器和电感线圈组成的电容式滤波器。使用它使用可以有效的抑制频率在3000MHz以内的电磁干扰。
2.3 接地
在电子仪表中, 接受电磁干扰的对象叫做敏感接收器。如果无法消除电波的干扰, 也可以选择将电磁从仪表中转移出来的方法解决电磁干扰问题, 主要的办法就是在仪表中安装一个接地装置, 使仪表中的电磁波导入大地, 减少对电子仪器的影响。电子仪器的电子电路都有接地点, 要想让电子仪器可以防电磁干扰, 可使用单点接地、多点接地和浮地等集中接地方式。
电子仪器特别是实验室内的电子测量仪器多是金属外壳直接接地, 这样仪器的导电率多比地面高, 又由于电子仪器在内部的回路电流有直流、交流等多种并且易产生电位差从而形成电磁干扰, 因此想以此来回路电流存在一定问题。想要解决这一问题最好的办法就是让仪器与地面间只存在一个连接点, 这种单点接地的方式是电压测试仪等低频回路电子仪器所经常采用的防干扰措施。
在高频回路的电子仪器中, 当高频电流经过输出端口返回到基准回路时, 它和其它路径返回的电流会共同经过电源输出阻抗, 这一过程易损坏高频线圈特性, 而且各电流彼此也会产生很大电磁干扰。面对这种情况, 可以采用多点接地的方式让高频驻波减小, 使各个系统独自接地, 拥有独立连接线是毫伏测量表等高频电子仪器常采用的防干扰措施。
浮地是指让电子仪器或仪器的电路和地面或者公用连接线分隔开来的一种接地方式。因为公用的连接线易引起回路的环流从而产生电磁干扰。常见的电压表、电流表等多采用浮地接地方式来防止使用过程中出现电磁干扰。
3 小结
综上所述, 由于电子仪器的种类很多, 不同电子仪器的应用方向也不同, 因此电子仪器使用的防电磁干扰技术也应有所不用。根据仪器自身特点来选择或者设计出更适合的防电磁干扰技术也是本篇文章总结防电磁干扰技术措施的目的。通过采用防干扰技术可以有效降低甚至消除电磁对电子仪器的干扰, 从而保证电子仪器测量值的准确, 提高其工作性能, 因此在今后的电子仪器生产使用过程中要注重防电磁干扰技术的应用, 更要注重对防电磁干扰技术本身的研发与利用。
参考文献
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浅谈电磁兼容与电磁干扰 篇2
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
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[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) .
防电磁干扰 篇3
目前,我国大部分煤矿已装备了安全监控系统。但是,随着矿井信息化、自动化建设的不断推进,新型大功率电力电子器件的使用、大功率电气设备的频繁启动及无线射频设备的使用,井下电磁环境越来越恶劣,安全监控系统设备经常受到强电磁干扰(EMI),出现冒大数、误报警、误断电等现象,造成安全监控系统的信息可信度不高。
参考文献[1]分析了煤矿井下甚高频电磁干扰的形成机理,提出了甚高频电磁干扰分布规律和对电磁干扰定量分析的认识;参考文献[2]通过对井下电磁干扰实测数据的分析,指出井下电磁干扰的频段主要为500 MHz以下,当干扰源与安全监控系统的距离为几米时,其对系统基本不会产生影响;参考文献[3]~[4]分析了变频器的运行对安全监控系统的影响,提出了相应的抗干扰措施;参考文献[5]~[7]针对安全监控系统提出了具体的抗干扰措施。但对于煤矿井下电磁干扰源强度分布,前人没有进行具体的测试分析。随着煤矿井下电磁兼容性研究的逐渐开展,需要研究煤矿井下电磁干扰源、干扰源干扰强度以及影响范围。鉴此,本文利用示波器、频谱分析仪对钱营孜矿安全监控系统发生误报警的区域进行了电磁干扰测试分析,分析结果对于该安全监控系统的抗干扰技术分析具有一定的理论意义和实用价值。
1 电磁干扰原理
电磁干扰会引起设备、传输通道或系统性能下降。电磁干扰按干扰源的性质可分为自然干扰和人为干扰2类。自然干扰包括宇宙干扰、天电干扰和雷电冲击;人为干扰包括工业干扰、辐射干扰、传导干扰、串扰、天线端传导干扰、宽带干扰、窄带干扰、有害干扰、大功率效应及电磁脉冲[7]。所有电磁干扰都是由3个基本要素组合而产生的:电磁干扰源,对该干扰能量敏感的接收器,将电磁干扰源传输到接收器的媒介通道。如图1所示,电磁干扰源发出电磁能,通过媒介通道传输至对该干扰能量敏感的接收器,接收器又对此表现出某种形式的“响应”,并产生干扰的“效果”。
2 煤矿井下电磁干扰源分析
2.1 干扰源种类
自然干扰是位于地表的干扰源,对井下数百米深处的接收器的影响是微不足道的。因此,煤矿井下的电磁干扰源可以不考虑自然干扰。在煤矿井下,人为干扰源分为电力线路、大功率设备和馈电开关、牵引网络和电机车、电力电子系统、高频无线发射装置、静电放电等。
(1)电力线路、大功率设备和馈电开关
电力线路、水泵等大功率设备产生大量谐波传导电磁干扰,沿传输线路产生高频辐射干扰;馈电开关产生电压很高的传导干扰以及频率很高的电磁辐射干扰[8]。电源线干扰源的频率范围为50~4 000kHz,开关形成的电弧频率范围为30~200 MHz。
(2)牵引网络和电机车
牵引网络干扰源包括牵引变电所整流设备、绞车、机车设备、牵引电线摩擦产生的火花。
(3)电力电子系统
电力电子系统包括功率补偿电路、交流―直流转换电路、变频器等。变频器可产生高达20 MHz的高次谐波,对周围电路产生较强的电磁干扰。
(4)高频无线发射装置
煤矿井下的无线通信设备、漏泄线、人员定位装置、无线接收装置不断发出大量的电磁能,对其它系统造成干扰。
(5)静电放电
工作面的采煤机、掘进机等机械设备和输送机在正常工作状态下都会产生静电,造成干扰。
(6)其它
井下装有的大量照明设备都是电磁干扰源。
2.2 特定区域干扰测试分析
针对钱营孜矿在2011年7月、8月连续出现的安全监控系统中瓦斯传感器误报警现象,利用示波器、频谱分析仪对3213工作面腰巷和风巷发生误报警的区域进行了电磁干扰测试。测试结果如下:
(1)一般来说,变频器到电动机段对外线路感应脉冲信号的干扰较强。在绞车运行过程中,对该线路的电磁干扰进行了测试,结果如图2所示。从图2可看出,变频器到电动机段对外线路感应脉冲信号的干扰强度峰峰值为15V左右,属于正常干扰水平,这是因为在实际情况下,该段电缆较短,所以影响不会太大。滤波器到上级馈电开关段电缆较长,估计干扰较强,需要进一步研究。
(2)3213工作面腰巷、风巷沿线动力电缆和信号电缆并行距离较长,沿线水泵、钻机启动时产生的对外线路感应浪涌信号的干扰强度峰峰值达190V,如图3所示。测量时动力电缆和测试电线并行长度约为150m,而实际沿线动力电缆和信号电缆并行距离达1km,所以实际干扰强度更大。
由于水泵、钻机启动时产生的干扰与变频器工作时产生的干扰的测量方法不同,因此两者测量结果无可比性,即不能说明水泵、钻机启动时产生的干扰是变频器工作时产生的干扰的10余倍。根据测试结果可知,绞车变频器和水泵、钻机启动时产生较大的对外线路感应浪涌信号,工作面风巷T1探头受到绞车变频器和钻机动力电缆的影响,腰巷T1探头受到水泵启动的影响。其中,钻机启动时对探头影响最大。当变频器和钻机同时启动时产生了强烈信号干扰,导致探头出现误报警现象。
3 安全监控系统抗干扰技术
根据分析结果,安全监控系统的抗干扰措施应主要从干扰源、媒介通道和接收器3个方面入手。
(1)干扰源方面
消除或减弱干扰源是最有效的抗干扰措施。但在实际生产过程中,随着矿井机械化、自动化程度的不断增加,干扰源会越来越多,只能采用屏蔽与接地的手段来减弱干扰源。一方面,可采用加金属屏蔽层的信号传输线,使电路或信号线不受巷道内高压线缆电磁信号的干扰;另一方面,瓦斯传感器的各部分电路都置于金属外壳中,连接各部分的信号传输线可采用屏蔽线[9]。当多个电路屏蔽相连接时,应遵循所有屏蔽导体只在一点接地的原则。一般来说,屏蔽导体应在信号源接地处与零信号基准电位连接,这可以保证寄生电流只在屏蔽体中流动,屏蔽体可以看作是寄生电流流回接地点的泄漏通道。这种接法使寄生电流不经过信号线,有效地抑制了外部干扰。
(2)媒介通道方面
隔离干扰源是在电磁能传输过程中采取的一种有效的抗干扰措施:供电电源受污染后,谐波成分比较高,这时可以采用电抗器及滤波器抑制干扰信号,以提高其抗干扰能力;可使用无源滤波器来改变井下稳定系统在特殊频率下的电源阻抗;可采用屏蔽线或穿管走线方式来降低辐射干扰。另外,与辐射源保持安全距离也是一种有效的抗干扰方法。
(3)接收器方面
安全监控系统是对电磁干扰较敏感的接收器,会产生干扰的“效果”。采用屏蔽及洁净无污染的电源供电能够提高安全监控系统的抗干扰性能。
由于钱营孜矿安全监控系统及瓦斯传感器已经装配完整,不考虑从干扰源和接收器方面解决电磁干扰问题,而选择从媒介通道方面来解决:在传输通道上增加一个开关传感器来隔离干扰源;将风巷监控线缆与钻机动力电缆之间的距离增加为500mm,将腰巷监控线缆布置在水泵对面,增加干扰源与监控线缆的距离;同时,在巷道内布置信号屏蔽线缆,减小干扰源对监控信号的干扰,从而解决了瓦斯传感器误报警问题。由于只是对误报警区域进行了电磁干扰测试,对整个矿井的电磁干扰情况还不够了解,因此该抗干扰措施具有较大的随机性,需要进行深入分析和研究。
4 结语
(1)介绍了电磁干扰原理,所有电磁干扰的形成都是由电磁干扰源、对该干扰敏感的接收器以及将电磁干扰源传输到接收器的媒介通道这3个基本要素组合而产生的。
(2)当钱营孜矿动力电缆和测试电线并行长度约为150m时,测定3213工作面腰巷、风巷沿线水泵、钻机启动时产生的对外线路感应浪涌信号的干扰强度峰峰值达190V,干扰强度较大。当变频器和钻机同时启动时,产生了强烈的信号干扰源,导致瓦斯传感器出现误报警现象。
(3)在传输通道上增加一个开关传感器来隔离干扰源;将风巷监控线缆与钻机动力电缆之间的距离增加为500 mm,将腰巷监控线缆布置在水泵对面,增加干扰源与监控线缆的距离;同时,在巷道内布置信号屏蔽线缆,减小干扰源对监控信号的干扰,从而解决了瓦斯传感器误报警问题。
参考文献
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防电磁干扰 篇4
运输部现有各型机车35台, 实际运用28个调别, 全部采用无线调车设备进行调车作业。无线调车设备已成为调车作业的主要工具, 一旦出现故障就会使调车作业延缓、停滞甚至引发行车事故, 严重影响运输部和相关分厂的正常生产秩序。
1 无线调车对讲机概述
我公司铁路运输调车作业现使用北京中铁公司生产的ZTD—4M型和ZTD-6M型平面无线调车设备, 该套设备全面采用了大规模集成电路、SMC元件的表面安装工艺、微处理器控制等先进可靠的工艺、技术。运输部现使用于28个调别, 28个调别无线调车设备使用方式如图1。
各个调别均采用单频单工的方式工作。调车人员使用调车电台发调车信号, 机车乘务人员通过设置在驾驶室内的机车台接收, 解调输出色灯和语音信号, 并发射回示信号通知调车人员信号已正确接收。
工作频率使用UHF低端, 外界空间干扰信号较弱。考虑到射频信号的自然衰减、建筑遮挡、干扰源的叠加等因素, 为了保证调车信号有效地接收、发射, 每部电台、机车台设计的射频信号覆盖范围不小于半径1.5 km。
2 电磁对无线调车存在的干扰
我公司的铁路站厂机车作业密度高, 其中炼铁站尤其突出, 在2平方公里的区域内最多时有13个调别的机车同时作业。针对我部28个调别的无线调车设备的各种故障统计、分析, 找出了其中引发无线调车信号电磁干扰的故障。主要干扰有不同调别间信号串扰、大功率电器设备干扰、高压输电线干扰、其他电台干扰、内燃机车电源干扰和远地强电台干扰, 如图2。
其中可以发现无线调车信号电磁干扰的主要原因是:不同调别间信号串扰。
不同调别间信号串扰产生的原因有很多, 主要可分为人员、设备、材料、方法和坏境几个方面, 如图3。其中导致不同调别间信号串扰的主要原因为机车台参数调整不当和调车电台参数调整不当。
3 减少不同调别间信号串扰的方法
无线调车设备本身并不存在缺陷, 很多故障是由于检修不完善或使用不当等原因造成的, 在这些方面, 还有许多可以改进和提高之处。电台的参数中, 发射功率和接收灵敏度对干扰信号的能否引入接收机有重要影响。发射功率的影响是:功率过大造成其他电台的有用信号在高功率信号发射期间被湮没而接收不到。电台接收灵敏度的影响是:灵敏度设置过高, 易被其他电台信号干扰。对现在使用的GP88s和GP3688电台机芯来说, 应调整静噪的深度来改变接收机的灵敏度。
由于不同调别作业情况差别极大, 有的调别平均挂车60节以上, 有的调别平均挂车5节以下, 所以不同的调别对无线调车信号的要求也不相同。较长的车列需要电台发射功率大、接收灵敏度高;较短的车列电台的功率可以降低, 电台的接收灵敏度设置可以也不需太高。炼铁站作业机车密度高, 其各调别挂车为铁水罐或渣罐, 多数车长100 m以内。庞村站和二厂站的各调别挂车30节以上, 车长400 m左右。所以炼铁站的各调别使用无线调车设备时, 完全可以降低电台的功率和灵敏度设置标准而不影响正常使用。其他站厂调别使用的电台参数同样可以在铁道部标准的基础上适当调整。从电台的发射和接收两方面入手, 根据实际使用状况对电台参数进行合理调整, 可以有效地降低射频干扰对调车信号的影响, 在保证无线调车设备正常使用的前提下, 因干扰而引起的调车信号中断的现象可以得到极大抑制。
4 结语
降低无线调车设备严重故障的发生率是保障行车安全、提高运输作业生产效率的客观要求, 也是提高设备检修质量, 减少或杜绝严重设备设备故障, 保证生产中正常使用所必须达到的工作标准。由于机车台和调车电台参数调整合理完善, 不同调别间信号串扰的故障已得到有效解决。无线调车设备使用和运行状况良好, 有力保障了调车作业的安全, 极大提高了运输生产的效率。
由于不同调别间信号串扰的故障显著减少, 运输作业的效率也得到很大提高, 基本杜绝了调车作业过程中, 中途停车进行信号检查或改变调车作业方式的现象, 每个调别每班提高运量3%以上。
摘要：该文对调车对讲机的作用、在邯钢运输部的应用情况以及电磁对调车对讲机的干扰进行了阐述, 分析了干扰中谐波和电磁辐射对设备的危害, 并介绍了如何去抑制这种干扰, 使设备发挥最佳的工作方式。
关键词：电磁,无线调车信号,功率,灵敏度
参考文献
[1]李忠泽.浅谈对讲机的检修方法[J].港口科技, 2006 (6) :30-31.
整流—逆变系统共模电磁干扰分析 篇5
现有文献对变频驱动系统共模传导电磁干扰研究很多［4-6］,但这些文献仅考虑了整流系统［7］或逆变系统［8-9］的共模干扰,并没有将这两者有效结合起来进行分析。整流—逆变系统包含整流和逆变2 个环节,目前对整流—逆变系统中驱动变频装置的EMI研究还缺少完整性,这对模型以及研究方法的实用性造成了很大的阻碍。
本文对整流—逆变系统中的共模干扰产生机理、干扰源以及干扰传播途径进行了分析,在分析单相逆变器的基础上,得到了用等效电路模型来研究整流—逆变系统共模EMI的方法,并预测出了共模干扰的频谱,预测结果和实验结果验证了本文结论的正确性和有效性。
1 系统构建与共模EMI测试
整流—逆变系统的共模干扰电路结构如图1所示,整流环节为不可控整流器,输出接有一个储能电容,逆变环节为三相逆变器,为电动机供电。整流器与逆变器的开关器件高频动作,都会使桥臂中点对参考地形成巨大的dv/dt以及高频寄生电容,该跳变电压不断对寄生电容进行充放电,从而形成共模电流。可以看出系统中存在2个非线性环节,因此存在2个共模干扰源。
系统中的共模干扰通过阻抗稳定网络(LISN)来测量,传导EMI测试就是通过测量LISN上50 Ω电阻两端的噪声电压获得。LISN的电路图如图2所示,主要有2个作用:
1)在10 k Hz~30 MHz频段内为相线与地线之间以及中性线与地线之间提供50 Ω的恒定阻抗,为传导干扰提供通道;
2)阻止来自电源的传导干扰对待测设备的影响。
2 系统共模EMI建模分析
图3为单相全桥逆变器单桥臂工作时的共模电流通路,其共模干扰等效电路如图4a所示,再根据戴维南等效定理对电路进行简化,得到图4b所示的二阶RLC等效电路。
图4a中,Lcm为散热器与穿芯电容接地之间连接线的等效电感,Cn为电解电容之后的直流母线正负极对参考地的等效寄生电容,Lcab和Rin分别为从穿芯电容到直流电容的等效电感和等效电阻,V1为该桥臂上管的端电压。图4b中,C=Cp+Cn;E=V1Cp/(Cp+Cn);L=Lcab/2+Lcm。
2.1 整流器产生的共模干扰
基于以上研究结论,以图5 所示的三相不可控整流器为例,采用同样的方法进行分析。
由于整流器输出端接有电容,直流侧存在电流断续现象,分析时将直流侧等效中点O作为共模电流侧参考点,用电流源表示整流器的共模干扰源,以a,b相导通为例,得到以下电路方程:
其中
因此可得
此时整流器可以用诺顿等效电路来代替,如图6所示。电流源icom为整流器交流侧中点与直流侧等效中点之间的短路电流,Zcm为整流器的共模阻抗,Zcm= ZLISN/2 + ZL/2 ,ZLISN是LISN的对地阻抗,ZL是输入电缆电感Lc1及电源内电感Ls的阻抗。
由图6可得整流器产生的共模干扰为
式中:Zcm2为逆变器侧的阻抗。
2.2逆变器产生的共模干扰
用共模干扰源代替逆变器,可以得到如图7所示的干扰等效电路。
由图7可得逆变器产生的共模干扰为
其中
2.3 系统的共模干扰
用等效干扰源取代系统中的非线性环节,得到系统的等效干扰电路如图8 所示。图8 中Ucom1代表整流器,Ucom2代表逆变器,Lc1代表逆变器输入电缆的寄生电感,Lc2代表逆变器输出侧电缆的寄生电感,Le1,Le2代表地线电感,Cs代表逆变器散热片寄生电容,Cm代表电机绕组对机壳的寄生电容,O点为等效中点。
在计算出整流器和逆变器产生的共模电流之后,通过简单的叠加就可以得到系统的总干扰电流。
3 仿真与实验验证
为了进一步验证等效电路模型和理论计算的正确性,对以上共模干扰等效电路进行了仿真和实验。实验系统参数为:输入线电压210 V/50Hz,输出电压248 V/50 Hz,输出电流4 A,逆变器开关频率为10 k Hz,采用LCR电桥测量得到Cp=300 p F,Cm=1 200 p F。
利用Matlab软件对其产生的共模电流进行了时域仿真,再对其进行FFT分析,得到共模电流的仿真频谱,如图9 ~图11中虚线所示,实测频谱如图9 ~图11中实线所示。
由仿真和实验频谱可见,在10 k Hz~30 MHz频段,预测和实测频谱在低于3 MHz比较吻合,这主要是因为电路中存在较多的寄生参数,同时仿真中开关器件都采用了理想化模型,并没有考虑到开关器件的暂态特性,也会引起一定误差。
4 结论
本文对整流—逆变系统中共模电磁干扰进行了分析,通过与单相逆变器相比较,得到了整流、逆变及系统总的共模干扰等效电路,并进行了理论计算。对于文中提出的等效电路模型和分析方法,进行了仿真和实验验证,进一步说明统共模干扰抑制的主要对象。
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卫星传输空间电磁干扰问题研究 篇6
近年来卫星传输作为广播电视传输的一种手段得到了越来越广泛的应用, 但是由于卫星信号在开路的空间及透明弯管式的转发器环境中传输, 因此必然会受到传输空间的各种干扰。最大程度消除传输空间干扰对提高卫星传输信号质量有非常重要的意义。
2 卫星通讯中的常见干扰
2.1 地面干扰
地面干扰是卫星干扰最为普遍的一种干扰形式。我们这里提到的地面干扰主要包括两方面的内容:一方面是电磁干扰, 随着当前我国经济的发展, 各地城市化的建设, 越来越多的信号设备开始被应用到城市的发展中, 在这种情况下, 不可避免地会出现电磁波, 卫星通讯在电磁波的影响下, 会影响正常的信号传递功能, 信号传递容易受到影响;另一方面就是互调干扰, 一般在卫星通讯处于多载波的状态时, 其自身的功放容量总量有限, 往返的信号传递中, 力度不够, 不能够有效地对数据进行传递, 在信号运行中, 往往会出现三阶互调分量超额或者是发射率不合格等方面的问题。
2.2 空间干扰
空间干扰是卫星通讯干扰的重要方式。空间干扰主要包括邻星干扰和正交极化干扰。
随着当前社会的发展, 卫星通讯的科技水平日益进步, 同步轨道卫星的数量也会增多。在这种情况下, 难免会出现这种邻近的卫星干扰。一般来说, 邻星干扰主要包括上行干扰和下行干扰。上行干扰是由于邻星地面站发射天线指向未调整好或者天线方向性差所致, 一般需要卫星公司协调邻星的运营商予以解决。下行干扰则是由于地面站本身天线指向误差或方向特性差, 引入邻星干扰, 这时需要地面站调整天线指向, 改善天线方向性能。这种被干扰的信号超出了原来信号的覆盖率, 其容易被掺杂其邻近卫星的信号, 传输的信号效果不好。
虽然在用户正式开通业务前, 卫星公司会对用户地面站的天线极化和载波功率进行标定, 但在用户网络运行期间, 地面站的上述发射性能有可能发生变化, 一旦卫星天线极化隔离度恶化, 或者载波超功率发射, 就会对反极化用户业务产生干扰。此时, 卫星公司一般将安排用户调整设备、重新进行上星标定。
2.3 自然干扰
自然干扰是当前卫星传递过程中的不可预料到的一种干扰。一般说来, 自然干扰包括降雨干扰和日凌干扰。
降雨过程中出现的雨滴是干扰卫星通讯的重要因素。我们这里提到的雨滴会根据风向与卫星信号传递过程中的方向不同而会产生信号吸收和信号散射的不同干扰情况。从理论上来说, 电波波长与雨滴的比值大小和信号的受干扰情况有关, 电波波长与雨滴直径的比值越大, 卫星传输的信号被干扰的程度就越低, 相反, 如果电波波长与雨滴直径的比值越小, 卫星传输的信号被干扰的程度就越高。
作为一种自然现象, 日凌现象对于卫星信号的传递有很大的影响。日凌现象是发生在每年的春分和秋分前后, 这个时候的卫星在运输的过程中是处在太阳与地球之间的直线上, 太阳产生的强大电磁波直接进入接收天线内, 而它的电磁波频谱非常宽, 相当于一个巨大的噪声源, 此时卫星信号的下行线路容易发生链路恶化的现象, 卫星接收将受到严重影响甚至中断。日凌现象是没有办法完全避免的, 但是日凌现象和接收天线的尺寸和卫星的下行频率有关。接收天线尺寸越大、下行频率越高则相应的日凌干扰时间会越短, 因此加大接收天线的尺寸有助于降低日凌对节目接收的影响。可以说, 日凌现象发生期间, 卫星通信会受到很大的影响, 一旦日凌现象结束, 通信就会恢复正常。
2.4 人为干扰
人为干扰是目前对卫星信号干扰影响很大的一种干扰方式, 包括恶意干扰、非法盗用转发器资源以及授权地面站误操作引起干扰。
部分人群为了窃取经济利益以及商业机密, 会对卫星通讯进行恶意干扰。他们会通过卫星透明转发器的弱点对卫星频道的信号传递进行干扰。加之我国相关的法律不完善, 对于卫星设施的监控不到位, 就导致信号受到干扰、非法信号得以传播等问题的产生。
一些未经授权的用户非法盗用转发器资源, 由于干扰来源的查找和定位比较复杂, 正常运行的卫星公司很少采用这种方式排查盗用资源者, 一般情况下, 采取加阻塞盗用信号的办法进行处理, 这也是卫星保护合法用户利益的一个比较有效的办法。
地面站进行设备检修或临时测试时, 由于载波参数设置错误 (频率、极化和调制等) 造成对其他转发器用户的干扰, 这种情况通常需要卫星公司根据掌握的全面情况快速联络排查, 为了转发器用户的共同利益, 各用户应该加强与卫星公司在日常维护操作上的联络呼应, 这不失为一个好的运行机制。
2.5 其他干扰
(1) 中频引入的干扰
若用户地面站中频电缆屏蔽或接地不好, 极易将本地的调频广播或其他信号引入上行系统并发射到卫星转发器, 造成对其它卫星网络的干扰, 卫星公司一般会通过解调干扰信号, 比对各用户射频发射参数并安排相关地面站协查, 这样可以有效地排查出干扰源。彻底解决干扰问题需要地面站做好相应的系统或者传输线路的电磁屏蔽工作。
(2) 杂散干扰
杂散干扰在时间上和频谱上没有规律, 多为地面站发射设备故障所致。卫星公司一般会协调有关可能的地面站进行同时协查, 但是需要较长时间, 在干扰定位之前, 如有关地面用户的卫星网络需要支持, 卫星公司也可根据情况改变受影响的转发器的增益档设置以减少干扰影响, 但此时需要用户地面站相应提高发射功率配合。
(3) 转发器过饱和工作引起干扰
由于使用同一转发器上的各用户自行提高发射功率, 造成转发器过饱和工作, 产生互调产物并导致转发器噪声的抬高, 从而导致用户业务的传输链路质量受到影响。此时, 需要由卫星公司协助相关转发器用户降低发射功率, 从而降低噪声, 提高信号传输质量。
3 卫星抗干扰措施
我国的抗干扰技术虽然起步较晚, 但也已经取得了很大进步。为了提高广播电视节目传播的干扰性, 应该从频率、功率、信号形式以及传输途径 (空间隔离) 几个方面进行分析。针对具体情况, 分别采取不同措施, 可以从以下几个方面着手。
3.1 应用具备抗干扰能力的通信卫星来替代现有卫星
(1) 设计一个点波束接收天线, 以提供空间上的上行隔离, 星上所有转发器都可以选择使用标准天线接收或点波束天线接收。适当减小卫星波束接收天线覆盖区, 同时覆盖区边缘卫星接收天线增益下降尽量大, 将个别可能产生干扰的地区隔离在覆盖区之外, 以减弱境外干扰信号进入国内卫星接收波束。
(2) 卫星增加固定或可移动点波束天线。国内各省市电视节目集中于若干地区上行站, 使用MCPC方式上星。对于卫星波束接收天线覆盖区之外的特定地区, 使用可移动点波束天线。
(3) 卫星采用可变波束接收天线。在必要时, 改变天线波束形状, 以有效避开干扰源发射地区。
(4) 卫星转发器设置输入信号认证装置。地球站上行信号进行加密处理, 卫星接收后通过认证, 信号方可进入转发器转发, 否则卫星拒绝接收和转发信号。
3.2 上行站遇到干扰采取积极方法应对
(1) 地球上行站使用大功率高功放和大口径、高增益天线, 提高功率储备。一旦卫星受到干扰时, 减小星上卫星转发器接收机增益, 加大上行站发射功率, 利用大功率压制干扰信号, 以减小干扰影响。
(2) 加大上行信号功率将转发器推至饱和点。传送电视节目不用SCPC (单路单载波) 信号, 尽量使用MCPC (多路单载波) 信号并使转发器工作在饱和状态, 利用转发器饱和点强信号对弱信号的抑制作用特点, 进一步减小非法信号的影响。
(3) 建立一套卫星上行设备管理和空间信号质量监测系统, 在卫星受到干扰时第一时间自动判断、自动采取措施。这样可以缩短人为判断干扰时间, 有效地降低了干扰对上行节目的影响, 提高了抗干扰的成功率, 为有效的抗击干扰、安全播出提供保障。
(4) 建设一个抗干扰上行站, 采用大口径天线、高功率功放, 为整个卫星提供抗干扰服务。在遇到非法干扰、恶意破坏时, 提供整个卫星所有转发器的抗干扰任务, 这样可以有效地压制非法干扰信号, 可有效避免用户接收到非法信号内容。
(5) 模拟播出方式改用数字方式播出。由于模拟卫星电视信号在受到同样信号干扰时, 会出现合法画面和非法画面同时存在的现象, 给干扰方以可乘之机。而且, 模拟卫星电视信号一般采用SCPC (单路单载波) 信号, 当出现干扰信号转发器多载波输入时, 会出现输入补偿状态并降低合法用户的信号功率强度。数字卫星信号在受到干扰时一般会出现黑屏, 不会出现非法信号画面, 只有当非法信号功率远大于合法用户时, 才有可能发生露出图像的情况。
(6) 对数字卫星电视信号进行加扰和加密。为了确保信号传输安全, 卫星播出系统对电视信号进行加扰和加密是一个重要的手段。用户使用带CA (条件接收) 的卫星数字接收机, 可有效避免用户接收到非法信号内容。
(7) 加强安全播出和值班工作。增强防范意识, 制定周密的应急预案和措施, 及时发现问题, 及时进行处理。要与各级指挥调度中心、卫星公司和同一转发器上的兄弟台站等有关部门密切联系、通力合作, 在出现干扰信号时, 应确保信令畅通、步调一致, 在采取相应措施仍无法压制非法信号时应及时通知卫星公司关断转发器, 避免事故的扩大。
4 结语
综上所述, 对于卫星通信系统而言, 抗干扰特别是抗人为干扰, 已经成为一项长期而艰巨的工作任务。一方面, 解决卫星传输的电磁干扰不但要在发射部分采取有效的技术措施, 防止上行信号产生干扰, 而且在接收部分也要采用适合的方式降低干扰源的影响;另一方面, 在下一代卫星通信系统的设计和建设中, 要将抗干扰能力作为一项重要的技术指标来考虑, 从而在根本上解决这个长期困扰我们的问题。
参考文献
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开关电源的电磁干扰分析 篇7
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