电磁干扰措施（精选十篇）
电磁干扰措施 篇1
随着现代科技的迅猛发展, 电气、电子设备在人们生活中越来越不可替代, 然而人们在享受着其快速发展带来的各种便利的同时, 随之而来的电磁干扰也在影响着周围的设备和环境。在实际的运行中, 电力电子设备均有电磁能量转换的过程, 高密度、宽频段的电磁信号使电磁环境变得复杂, 强电磁干扰信号使电气、电子设备无法正常运行。电磁干扰不仅会引起周围设备工作异常、损坏, 影响人体健康, 甚至可能造成严重的安全事故, 因此, 抑制电磁干扰, 提高设备电磁兼容性能, 优化电磁环境成为了一项重要课题。
1 电磁干扰及电磁兼容
电磁干扰EMI (Electromagnetic Interference) 指各种机械、电工、电子设备所产生的电磁辐射对电流回路、仪器、系统或生命组织造成损害的电磁现象。这里主要讨论电气和电子设备产生的电磁噪声使其他电子、电气设备系统性能降低的情况。
电磁兼容EMC (Electromagnetic Compatibility) 的科学定义是由IEC给出的:“电磁兼容是设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。所以, 设备的EMC包括两个方面的要求:其一是指设备在正常运行过程中产生的电磁干扰应在一定限值范围内;其二是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定的抵抗能力, 即电磁敏感性。
2 电磁干扰的三要素
发出电磁噪声的干扰源、电磁能量的传播路径及接收干扰的敏感设备构成了形成电磁干扰的三要素。
3 电磁干扰的分类
电磁干扰按发生方式可分为两大类:自然干扰源与人为干扰源。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰, 其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置称为有意发射干扰源, 另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射称为无意发射干扰源。
按电磁干扰信号频谱宽度, 可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为宽带干扰源, 反之称为窄带干扰源。
从干扰信号的频率范围来分可以把干扰源分为工频与音频干扰源 (50Hz及其谐波) 、甚低频干扰源 (30Hz以下) 、载频干扰源 (10k Hz-300k Hz) 、射频及视频干扰源 (300k Hz) 、微波干扰源 (300MHz-100GHz) 。
这里为了讨论抑制措施的方便, 将电磁干扰按耦合方式分为的通过传导耦合的电磁干扰和通过辐射耦合的电磁干扰作重点说明。
3.1 电磁噪声传导耦合
传导耦合干扰是指电磁噪声的能量表现为电压或电流的形式, 通过金属导线或其它电路元件 (如电容器、电感器、变压器等) 耦合到被干扰设备。可见其耦合需通过电路或传输线等“路”的方式, 可再细分为:
1) 直接传导耦合:最常见的直接传导耦合方式是电导性直接传导耦合, 可将传输线根据传输信号的频率与长度的关系分为长线和短线, 对长信号线必须进行终端的阻抗匹配, 而短信号线可不进行。
2) 公共阻抗耦合:指在干扰源回路和敏感设备回路之间存在着公共的阻抗, 这个公共阻抗中流过的干扰电流会产生干扰电压, 从而传导给敏感设备回路。当电路中存在公共地线和公共电源线的引线时, 其中的电感作为公共阻抗, 或者当不同接地点存在电压差时会造成寄生耦合。
3) 共模电流和差模电流:电路中流过的电流有共模电流和差模电流两种方式, 共模电流是指大小相等、方向相同的电流, 差模电流是指大小相等、方向相反的电流。两种干扰电流在传输线上均可能出现, 但一般而言, 有用信号都是差模电流。
3.2 电磁辐射耦合
电磁辐射耦合干扰是指电磁噪声的能量表现为电磁场能量的形式, 通过空间辐射传播, 耦合到被干扰设备。可见辐射耦合是通过静电场或者交变电磁场这种“场”的方式实现的, 可再分为:
1) 电容性耦合:又称静电感应或静电耦合, 通过电路间电场的相互耦合作用而产生。
2) 电感性耦合:又称电磁感应或电磁耦合, 通过电路间的磁场的相互耦合作用而产生的。
3) 电磁场耦合:干扰源既通过电场, 又通过磁场耦合到被干扰设备。
4 电磁干扰的抑制措施
常见的抑制措施主要有:屏蔽、滤波、接地和隔离等, 分述如下:
1) 屏蔽
屏蔽是把敏感器件或区域用某种导电材料或导磁材料制成的屏蔽体封闭起来, 进行电磁隔离, 从而中断或减弱电磁能传播的方法。屏蔽对辐射耦合的电磁干扰的抑制有明显效果, 它既可以限制内部干扰源向外辐射电磁能量, 又可以避免外部辐射噪声进入敏感设备。电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为:
(1) 电场屏蔽:主要针对电气、电子元件或设备间的电容性耦合, 又分为电场屏蔽和交变电场屏蔽。通过抑制干扰源和敏感设备之间的电场耦合的屏蔽方式称为电场屏蔽。金属屏蔽体可起到屏蔽电场的作用, 但是, 务必保证其完善并良好地接地。
(2) 磁场屏蔽:主要针对电气、电子元件或设备间的电感性耦合, 磁场屏蔽分为低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽。通过抑制干扰源与敏感设备之间的磁场耦合的屏蔽方式称为磁场屏蔽。屏蔽措施应随着干扰频率的不同而不同, 是否接地对磁场屏蔽的影响不大, 但接地的同时可起到电场屏蔽的作用。屏蔽效果随着材料磁导率的升高而提高, 而且材料的磁阻越小, 屏蔽效果越显著。
(3) 电磁屏蔽:主要用于抑制高频下的电磁感应, 当电磁波在导体中传播或在表面反射时会急剧衰减, 从而抑制时变电磁场的相互耦合来抑制高频电磁场的干扰。
4.2 滤波
滤波是将信号回路的干扰频谱压缩, 从而减小电磁干扰的。电磁干扰滤波器能够在频谱中把与信号频谱不同的干扰信号过滤掉, 因此可以将传导干扰电平明显减小。一般来说, , 噪声源发出的造神信号频谱与有用信号的频谱相比要宽得多, , 在设备接收有用信号的同时, 也会接收干扰信号, 这样便产生了对设备的影响。而通过滤波器, 可以把干扰信号滤除, 限制接收系统的频带宽度, 减少接收干扰信号, 接收系统的信噪比就会明显提高。
除了用滤波器这种硬件滤波之外, 对在采样以后存在于离散信号中的谐波成分可进行软件滤波, 即通过一定的软件算法来实现。
由于经过高频开关等电力电子装置的整流后存在较多干扰信号, 必须经过滤波器将其滤除, 因而滤波广泛应用于电力电子领域。由于设备输入电源是从电网上接入的, 而电网电压的波动和谐波会对设备产生不利影响, 所以在电源输入端也应接入电源滤波器。可见, 滤波对有用信号的选择和输入电源的优化均有重要应用。
4.3 接地
电气设备中不同电路间存在着相互干扰, 这就需要将不同的电路正确的接地来减少或避免电磁干扰。主要接地方式有:
1) 单点接地:把某一点作为整个电路系统中接地的基准点, 将其他信号的地线都连接于此点。在低频时能够抑制地阻抗干扰, 而在高频时则可能造成各单元间的干扰, 因此, 单点接地适用于低频电路的干扰抑制。
2) 多点接地:整个电路系统中所有接地点都直接连接到距最近的接地线上。总接地线应宽些, 长度不宜过长, 保证接地引线的长度最短。
多点接地方式相比单点接地而言, 电路构成较简单, 并且可明显减少高频驻波, 但地线回路的增加会对低电平信号产生不利影响。故应根据信号频率的不同灵活选择接地方式, 必要时还可采取混合接地方式, 即两者结合应用。
4.4 隔离
隔离是指将噪声源与信号进行隔离。主要有隔离地网和用光电隔离直接隔离信号。常采用方法有变压器直接耦合、隔离放大器输出、光电耦合隔离。
由于变压器的绕组间是通过交变的磁场相互联系的, 因此在电路上是相互隔离的, 绕组间对地的绝缘轻度决定隔离的介电强度。普通变压器绕组间加一层接地的屏蔽就构成了隔离变压器, 从而克服了普通变压器绕组间寄生电容较大的缺点, 提高了对高频噪声的抑制能力。
光电耦合隔离是使其输入部分的发光二极管在电流驱动状态下工作, 减小干扰噪声的能量, 使较高幅值的电压由于不能提供足够的电流而被抑制掉, 并且光电耦合对输入回路与输出回路的耦合是在密封条件下实现的, 避免了外界光的干扰。光电耦合隔离措施应用于抑制尖峰脉冲的干扰。
摘要：随着科技发展, 电磁环境日益复杂, 电磁干扰使设计成为设备设计中越来越重要的一部分, 本文从电磁干扰和电磁兼容的概念起, 介绍了不同耦合方式的电磁干扰分类, 分析了抑制电磁干扰的几种常见方法。
关键词：电磁干扰,电磁兼容,电磁干扰的抑制
参考文献
[1]马伟明, 张磊, 孟进.独立电力系统及其电力电子装置的电磁兼容.[M].北京:科学出版社, 2007.
[2]郑浩东, 王桂英, 王延磊, 张晓琴.玻璃生产线D C S系统及电气设备的电磁干扰和抑制[J].玻璃, 2013 (8) .
[3]王威, 徐抒岩, 杨絮.抑制电磁干扰屏蔽技术的研究[J].制造业自动化, 2011 (10) .
电磁干扰措施 篇2
作者Email: lwh952@sohu.com
摘 要本文先分析了开关电源产生电磁干扰的机理, ,就目前几种有效的开关电源电磁干扰措施进行了分析比较，并为开关电源电磁干扰的进一步研究提出参考建议。
关键词开关电源 电磁干扰 抑制措施 耦合
目前，许多大学及科研单位都进行了开关电源EMI(Electromagnetic Interference)的研究，他们中有些从EMI产生的机理出发，有些从EMI 产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关电源EMI 的抑制措施提出新的`参考建议。
一、开关电源电磁干扰的产生机理
开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明：
1、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)。
2、开关管工作时产生的谐波干扰
功率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。
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。
4、其他原因
元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。
二、开关电源EMI的特点
作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹)，主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度.
三、EMI测试技术
目前诊断差模共模干扰的三种方法：射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模 共模干扰最简单的方法，但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的
电磁干扰措施 篇3
关键词：高速铁路;电磁防护;牺牲阳极;固态去耦合器
一、高速铁路对油气管道的电磁干扰
（1）干扰的产生。当管道与强电线路距离平行接近时，其周围产生交变磁场，这个磁场会在油气管道上产生干扰电压。（2）干扰的危害。交流电可以加速管道的腐蚀层的老化，引起其脱落，使其原有的防腐措施失效。在故障状态下，其产生的感应电压可能击穿保护设备，危机操作人员的人身安全，甚至对周围的环境产生破坏。
二、干扰影响的测定
（1）土壤电阻率的测定。由于成份是多种多样的，因此不同土壤的土壤电阻率的数值往往差别很大。影响土壤电阻率的最主要因素是湿度。利用接地电阻测试仪测量土壤电阻率，接地电阻测试仪用四极法测量土壤电阻率。
图1 四极法测量土壤电阻率的示意图
表1 主要参数
（2）机车特性。本线开行CRH系统动车组，其主要参数如下：
图2 牵引特性图 图3 再生制动特性
三、电磁防护方案
（1）牺牲阳极防护方案。目前普遍采用电法保护和绝缘层保护相结合的方法。电保护法种类很多，目前国内外广泛采用的电保护法主要是阴极保护法，因为阴极保护法效率高，投资少，施工方便。由于阳极的氧化反应而使阳极金属不断腐蚀溶解，即“牺牲”掉，以实现对阴极的金属的保护。把不同电极电位的两种金属置于电解质体系内，当有导线连接时就有电流流动，这时电极电位较负的金属为阳极。
设置排流接地后，管道将能在排除电气化铁道所产生的杂散电流甚至接触网短路所造成的影响的同时，维持了原有的保护电位。
图4 牺牲阳极轴向水平卧式安装方法
（2）交流排流方案。采用的电磁干扰解决方法是在管道上安装排流装置，排流装置可以有效的解决电磁干扰问题，将管道电位限制在可靠的水平。根据《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》（GB/T 50698-2011）第4.1.2条，对干扰源在正常和故障条件下管道可能受到的交流干扰进行计算。计算公式如下：
Umax=U20m·fd·Ick·αγ·α 其中，Umax—管道上磁干扰电压最大值（V）;U20m—接近距离为20m时磁干扰电压最大值
（V/kA），铁路为了减轻电气化强电线路对其它设施的电磁干扰，全线采取了桥梁和桥墩中钢筋连成整体，在距管道两端的桥墩钢筋不接地，其余的接地，接地电阻小于或等于4欧。钢轨与轨枕之间铺设绝缘垫。现行的交流排流方案有4种，比较如下：（1） 直接排流：效果好。（2）隔直嵌位式排流：效果好，无需电源。（3） 负电位排流：适用于高土壤电阻率的地方，排流效果好，可向管道提供阴极保护。（4）固态去耦合器排流：这是国外广泛采用的排流防护新技术。
图5 大乙烯管廊固态去耦合器安装图
四、结束语
电磁干扰及其抑制措施的分析 篇4
随着现代科技的迅猛发展, 电气、电子设备在人们生活中越来越不可替代, 然而人们在享受着其快速发展带来的各种便利的同时, 随之而来的电磁干扰也在影响着周围的设备和环境在实际的运行中, 电力电子设备均有电磁能量转换的过程, 高密度、宽频段的电磁信号使电磁环境变得复杂, 强电磁干扰信号使电气、电子设备无法正常运行。电磁干扰不仅会引起周围设备工作异常、损坏, 影响人体健康, 甚至可能造成严重的安全事故, 因此, 抑制电磁干扰, 提高设备电磁兼容性能, 优化电磁环境成为了一项重要课题。
1 电磁干扰及电磁兼容
电磁干扰EMI (Electromagnetic Interference) 指各种机械、电工、电子设备所产生的电磁辐射对电流回路、仪器、系统或生命组织造成损害的电磁现象。这里主要讨论电气和电子设备产生的电磁噪声使其他电子、电气设备系统性能降低的情况。
电磁兼容EMC (Electromagnetic Compatibility) 的科学定义是由IEC给出的:“电磁兼容是设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。所以, 设备的EMC包括两个方面的要求:其一是指设备在正常运行过程中产生的电磁干扰应在一定限值范围内;其二是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定的抵抗能力, 即电磁敏感性。
2 电磁干扰的三要素
发出电磁噪声的干扰源、电磁能量的传播路径及接收干扰的敏感设备构成了形成电磁干扰的三要素。
3 电磁干扰的分类
电磁干扰按发生方式可分为两大类:自然干扰源与人为干扰源。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰, 其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置称为有意发射干扰源, 另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射称为无意发射干扰源。
按电磁干扰信号频谱宽度, 可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为宽带干扰源反之称为窄带干扰源。
从干扰信号的频率范围来分可以把干扰源分为工频与音频干扰源 (50Hz及其谐波) 、甚低频干扰源 (30Hz以下) 、载频干扰源 (10k Hz~300k Hz) 、射频及视频干扰源 (300k Hz) 、微波干扰源 (300MHz~100GHz) 。
这里为了讨论抑制措施的方便, 将电磁干扰按耦合方式分为的通过传导耦合的电磁干扰和通过辐射耦合的电磁干扰作重点说明。
3.1 电磁噪声传导耦合
传导耦合干扰是指电磁噪声的能量表现为电压或电流的形式, 通过金属导线或其它电路元件 (如电容器、电感器、变压器等) 耦合到被干扰设备。可见其耦合需通过电路或传输线等“路”的方式, 可再细分为:
1) 直接传导耦合:最常见的直接传导耦合方式是电导性直接传导耦合, 可将传输线根据传输信号的频率与长度的关系分为长线和短线, 对长信号线必须进行终端的阻抗匹配, 而短信号线可不进行;
2) 公共阻抗耦合:指在干扰源回路和敏感设备回路之间存在着公共的阻抗, 这个公共阻抗中流过的干扰电流会产生干扰电压, 从而传导给敏感设备回路。当电路中存在公共地线和公共电源线的引线时, 其中的电感作为公共阻抗, 或者当不同接地点存在电压差时会造成寄生耦合;
3) 共模电流和差模电流:电路中流过的电流有共模电流和差模电流两种方式, 共模电流是指大小相等、方向相同的电流, 差模电流是指大小相等、方向相反的电流。两种干扰电流在传输线上均可能出现, 但一般而言, 有用信号都是差模电流。
3.2 电磁辐射耦合
电磁辐射耦合干扰是指电磁噪声的能量表现为电磁场能量的形式, 通过空间辐射传播, 耦合到被干扰设备。可见辐射耦合是通过静电场或者交变电磁场这种“场”的方式实现的, 可再分为:
1) 电容性耦合:又称静电感应或静电耦合, 通过电路间电场的相互耦合作用而产生;
2) 电感性耦合:又称电磁感应或电磁耦合, 通过电路间的磁场的相互耦合作用而产生的;
3) 电磁场耦合:干扰源既通过电场, 又通过磁场耦合到被干扰设备。
4 电磁干扰的抑制措施
常见的抑制措施主要有:屏蔽、滤波、接地和隔离等, 分述如下所述。
4.1 屏蔽
屏蔽是把敏感器件或区域用某种导电材料或导磁材料制成的屏蔽体封闭起来, 进行电磁隔离, 从而中断或减弱电磁能传播的方法。屏蔽对辐射耦合的电磁干扰的抑制有明显效果, 它既可以限制内部干扰源向外辐射电磁能量, 又可以避免外部辐射噪声进入敏感设备。电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为:
1) 电场屏蔽
主要针对电气、电子元件或设备间的电容性耦合, 又分为电场屏蔽和交变电场屏蔽。通过抑制干扰源和敏感设备之间的电场耦合的屏蔽方式称为电场屏蔽。金属屏蔽体可起到屏蔽电场的作用, 但是, 务必保证其完善并良好地接地。
2) 磁场屏蔽
主要针对电气、电子元件或设备间的电感性耦合, 磁场屏蔽分为低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽。通过抑制干扰源与敏感设备之间的磁场耦合的屏蔽方式称为磁场屏蔽。屏蔽措施应随着干扰频率的不同而不同, 是否接地对磁场屏蔽的影响不大, 但接地的同时可起到电场屏蔽的作用。屏蔽效果随着材料磁导率的升高而提高, 而且材料的磁阻越小, 屏蔽效果越显著。
3) 电磁屏蔽
主要用于抑制高频下的电磁感应, 当电磁波在导体中传播或在表面反射时会急剧衰减, 从而抑制时变电磁场的相互耦合来抑制高频电磁场的干扰。
4.2 滤波
滤波是将信号回路的干扰频谱压缩, 从而减小电磁干扰的。电磁干扰滤波器能够在频谱中把与信号频谱不同的干扰信号过滤掉, 因此可以将传导干扰电平明显减小。一般来说, 噪声源发出的造神信号频谱与有用信号的频谱相比要宽得多, 在设备接收有用信号的同时, 也会接收干扰信号, 这样便产生了对设备的影响。而通过滤波器, 可以把干扰信号滤除, 限制接收系统的频带宽度, 减少接收干扰信号, 接收系统的信噪比就会明显提高。
除了用滤波器这种硬件滤波之外, 对在采样以后存在于离散信号中的谐波成分可进行软件滤波, 即通过一定的软件算法来实现。
由于经过高频开关等电力电子装置的整流后存在较多干扰信号, 必须经过滤波器将其滤除, 因而滤波广泛应用于电力电子领域。由于设备输入电源是从电网上接入的, 而电网电压的波动和谐波会对设备产生不利影响, 所以在电源输入端也应接入电源滤波器。可见, 滤波对有用信号的选择和输入电源的优化均有重要应用。
4.3 接地
电气设备中不同电路间存在着相互干扰, 这就需要将不同的电路正确的接地来减少或避免电磁干扰。主要接地方式有:
1) 单点接地:把某一点作为整个电路系统中接地的基准点, 将其他信号的地线都连接于此点。在低频时能够抑制地阻抗干扰, 而在高频时则可能造成各单元间的干扰, 因此, 单点接地适用于低频电路的干扰抑制;
2) 多点接地:整个电路系统中所有接地点都直接连接到距最近的接地线上。总接地线应宽些, 长度不宜过长, 保证接地引线的长度最短。
多点接地方式相比单点接地而言, 电路构成较简单, 并且可明显减少高频驻波, 但地线回路的增加会对低电平信号产生不利影响。故应根据信号频率的不同灵活选择接地方式, 必要时还可采取混合接地方式, 即两者结合应用。
4.4 隔离
隔离是指将噪声源与信号进行隔离。主要有隔离地网和用光电隔离直接隔离信号。常采用方法有变压器直接耦合、隔离放大器输出、光电耦合隔离。
由于变压器的绕组间是通过交变的磁场相互联系的, 因此在电路上是相互隔离的, 绕组间对地的绝缘轻度决定隔离的介电强度。普通变压器绕组间加一层接地的屏蔽就构成了隔离变压器, 从而克服了普通变压器绕组间寄生电容较大的缺点, 提高了对高频噪声的抑制能力。
光电耦合隔离是使其输入部分的发光二极管在电流驱动状态下工作, 减小干扰噪声的能量, 使较高幅值的电压由于不能提供足够的电流而被抑制掉, 并且光电耦合对输入回路与输出回路的耦合是在密封条件下实现的, 避免了外界光的干扰。光电耦合隔离措施应用于抑制尖峰脉冲的干扰。
摘要：随着科技发展, 电磁环境日益复杂, 电磁干扰使设计成为设备设计中越来越重要的一部分, 本文从电磁干扰和电磁兼容的概念起, 介绍了不同耦合方式的电磁干扰分类, 分析了抑制电磁干扰的几种常见方法。
关键词：电磁干扰,电磁兼容,电磁干扰的抑制
参考文献
[1]马伟明, 张磊, 孟进.独立电力系统及其电力电子装置的电磁兼容[M].北京:科学出版社, 2007.
[2]郑浩东, 王桂英, 王延磊, 张晓琴.玻璃生产线D C S系统及电气设备的电磁干扰和抑制[J].玻璃, 2013 (8) .
[3]王威, 徐抒岩, 杨絮.抑制电磁干扰屏蔽技术的研究[J].制造业自动化, 2011 (10) .
电源电磁干扰分析及其抑制 篇5
摘要：在介绍反激式开关电源及其性能的基础上，讨论了该电源中的网侧谐波及抑制，开关缓冲、光电隔离等问题。
关键词：噪声;高次谐波;电磁干扰
引言
功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量，另一方面也导致了更为严重的EMI问题。如何减小产品的EMI，使其顺利通过FCC或IEC1000等EMC标准论证测试，已成为目前急须解决的问题。
图1
1 EMI分析
具体电路如图1所示。
输入为交流220V，经功率二极管整流桥变为直流作为反激变换器的输入，输出为三组直流：+5V，15V，12V，另外有一辅助电源5V，(本网网收集整理)用来给光耦PC817供电。控制电路用反馈控制，选用TOPSwicth系列的TOP223Y芯片。
开关电源工作时，其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的，因此，开关电源本身是一个噪声发生源。开关电源的干扰按噪声源种类分为尖峰干扰和谐波干扰两种。使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源，或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。
本电路中，交流输入电压Ui经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压，经电容C12平滑后变为直流，但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。如图2所示。
由图2中电流波形可知，电流中含有高次谐波。大量电流谐波分量流入电网，造成对电网的谐波污染。另外，由于电流是脉冲波，使电源输入功率因数降低。
2 EMI的抑制
2.1 高次谐波的抑制
在电路中采用共模扼流圈L11来抑制高次谐波。
对开关电源二根进线而言，存在共模干扰和差模干扰，如图3(a)及图3(b)所示。
在差模干扰信号作用下，干扰源产生的电流i，在磁芯中产生方向相反的磁通Φ，磁芯中等于没有磁通，线圈电感几乎为零。因此不能抑制差模干扰信号。
在共模干扰信号作用下，两线圈产生的磁通方向相同，有相互加强的作用，每一线圈电感值为单独存在时的两倍。因此，这种接法的电磁线圈对共模干扰有很强的抑制作用。
电路中在电网与整流桥之间插入一共模扼流圈，该扼流圈对电网频率的差模网侧电流呈现极低的阻抗，因而对电网的压降极低;而对电源产生的高频共模噪声，等效阻抗较高，因而可以得到希望的插入损耗。
2.2 扼流圈L11与C11组成低通滤波器
扼流圈L11的等效电感为L，以电源端作为输入，电网方向作为输出，则电路图如图4所示。
其传递函数幅值为
相位为
如图5所示。由此可见，以上LC网络组成的低通滤波器，可滤除ω0=1/
LC11以上的高次谐波。
2.3 共模和差模滤波器方案
本电路主要的EMI问题是电源噪声传入电网，将原来的共模扼流圈L11与电容C11及C12组成的滤波电路变为如图6所示电路。L1，L2，C1可除去差模干扰，L3，C2，C3可除去共模干扰。L1，L2为不易磁饱和的材料;C1可选陶瓷电容;L3为共模扼流圈;选定C=C2=C3及截止频率fo，则可根据L3=1/〔(2πfo)2C〕计算L3;选定C1及截止频率fo，可根据L1=L2=1/〔2(2πfo)2C1〕计算L1及L2。
2.4 缓冲电路
由于开关的快速通断，开关电流、电压波形为脉冲形式，产生噪声污染，增大了电源输出纹波，影响了电源的性能。
在电路中，输入为交流220V，经整流后电容上的电压约为交流有效值的1.2～1.4倍，即最大时为Ucm=220×1.4=308V。另外，变压器副边折合到原边的电压Up=Un×88/9，Un取副边第一绕组的电压，一般为9V左右，使稳压输出为5V。则Up=88V。因此，开关关断时所要承受的总电压Ut=Ucm+Up=308+88=396V。可见有必要对开关进行过压保护。电路选用的TOPSwitch开关芯片，其内部有过压保护和缓冲电路。为保险起见，还增加了外部的.缓冲电路，由R和C组成。
未加入缓冲电路和加入缓冲电路之后开关管电压ut和管电流ic及关断功耗pt的波形如图7(a)及图7(b)所示。加RC缓冲电路后，开关电压上升速率变慢，噪声减弱，抑制了EMI，并且开关功耗变小，使管子不致因过流过热而损坏。缓冲电路中的R在开关开通，电容C放电时起限流作用，避免对开关管的冲击。
对于开关开通时的电流冲击，由于有变压器原边线圈Np的限流，在电路中没加限流电感。
2.5 光电隔离
Flyback电路中使用PC817光耦对主电路和控制电路进行隔离。电源电路中，开关的控制非常重要，精度、稳定性要求高，且控制电路对噪声敏感，一旦有噪声，控制电路中的控制信号就会紊乱，严重影响电源的工作和性能。因此，用PC817将电源中的两部分进行隔离，这样便防止了噪声通过传导的途径传入到控制电路中。
3 结语
浅析高速铁路对智能小区的电磁干扰 篇6
关键词 高速铁路 智能小区 电磁干扰
引言
当高速铁路产生电磁影响时，为了改善影响方与被影响方兼容共存条件，必须采取防护措施，以避免或减少双方的相互影响。由于目前一些高速铁路是在既有铁路上改建而成，因此不存在选择高速铁路路径的避让条件，而交流电气化铁路通过城市时有可能对铁路沿线的智能小区产生电磁干扰，就更加突出了采取防护措施的重要性。
1 高速铁路对智能小区的电磁干扰
高速铁路具有牵引功率大、效率高和环境污染小等诸多优越性，是铁路牵引动力现代化的主要方向。我国电气化铁道采用工频交流制供电，接触网额定工作电压为25kV，电力牵引采用直供、AT和BT三种供电方式，牵引电流不同程度地要以钢轨（大地）为回路。在列车运行中接触网导线与机车受电弓因电火花脉冲而引起的无线电干扰会对周围电磁环境产生严重的电磁干扰（EMI）。尤其随着传感器技术的成熟，各种探测器（如红外侵入探测器和被动红外/微波双技术探测器、感烟探测器、玻璃破碎探测器等）被应用在智能小区的建设中，这些探测器再通过家庭无线局域网发射信号至家庭智能控制系统，再由公共电话网发送信息至户主。这些智能小区中的电气、电子设备极易受到外部电磁干扰的影响，可能出现运行紊乱、检测失误等而无法正常工作，严重时还会危及设备与人员安全。电气化铁路对智能小区的干扰问题或电磁兼容性（EMC）问题日益突出。
电磁干扰的传输途径主要有通过传输线路和空间辐射两种方式。对于智能小区的影响可以按照以下形式来讨论。①牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射②阻性耦合导致电位升的影响。任何电磁干扰的形成都要具备三个基本要素：干扰源、敏感源和耦合途径，称为电磁干扰形成三要素，缺一不可。电磁干扰抑制技术的研究由此出发，即设法破坏或削弱其中一个或两个要素的影响。
2 牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射及其防护
2.1 牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射
高速铁路接触网导线与机车受电弓因电火花脉冲而引起的无线电干扰，不是一个恒定的值，它与机车的运行速度、牵引负荷的大小、接触导线的新旧程度及清洁与否、以及受电弓的材质及其磨损情况、弓子弹簧的张力、气候等诸因素有关，因此它是一个随机量（如图1）。
防护机理上可以分为两大类：一类是力图消除干扰源，以减少产生电脉冲的数量或频度，或降低电脉冲干扰幅度；另一类是以增加干扰的损耗和加大对干扰的屏蔽效果等手段来控制干扰波的传输通道，以缩小其传播和影响的范围；除此之外还应对无线系统作进一步的改进。
2.2 高速铁路弓网性能的改进：提高接触网质量，降低电磁辐射
根据郑武线准高速不同区间干扰试验表明，电气化铁路脉冲型无线电干扰绝大多数产生于定位点处。因为定位点是集中负荷点，该点在一个跨距内弹性最低.是造成接触网弹性不均匀的重要因素。如能增大接触导线的张力，或采用弹性定位器，则可提高接触网弹性均匀程度，减小接触导线弹性差异系数，减少定位点处脉冲干扰发生几率。郑武线试验段接触导线和承力索张力均为15kN，接触导线为银铜合金；非试验段接触导线张力l0kN，铜线，承力索张力20kN。实测表明，由于试验段接触网质量提高，机车运行产生的无线电干扰与非试验段相比降幅较大，约为7dB。较差的接触网.几乎每个定位点处都会产生脉冲干扰；质量较好的接触网，许多个连续定位点也不产生一个脉冲，从而可大大降低整体电磁辐射水平。大量实测还说明，受电弓滑板材质、线路平直程度对干扰的大小也有一定作用，但接触网性能指标的改变对电磁辐射强弱的影响最大。
2.3 在高速铁路穿越城市的区域可以采用屏蔽导线阵列拟制干扰电波
对于高速铁路产生的无线电干扰，采用各种屏蔽手段来控制其传输通道，能起到良好效果。由金属导线平行排列组成的屏蔽导线阵列是屏蔽措施的实用方法。它是利用阵列中的每根导线的反射及感应到的干扰电流互相进行矢量叠加使其抵消，从而干扰场强得以降低并获得屏蔽效果。
根据京—秦线某复线区段对比性实验，即在架设屏蔽导线阵列的一侧及没有架设的另一侧，利用相同的干扰场强测试仪同时测量同一辆电力机车通过测试点正前方时所产生的噪声的最大值。实验表明架设屏蔽导线阵列在超短波段有一定的屏蔽效果，随着导线阵列线间距离的减小，其屏蔽效果变好。如在靠近职能小区的铁路沿线架设屏蔽导线阵列，将屏蔽一部分高速铁路产生的无线电干扰。
2.4 无线系统自身的改进
在靠近高速铁路线的智能小区无线设备严格选用电磁兼容性能符合CISPR标准及国家标准的电子、电气设备。无线网的工作频率符合IEEE802.11b标准要求。
无线局域网采用扩频通信系统，扩频通信扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。简单地说，如果信号频谱展宽10倍，那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰，分散了干扰功率，从而在总功率不变的条件下，其干扰强度只有原来的1/10。另外，由于接收端采用扩频码序列进行相关检测，空中即使有同类信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的码序列，干扰也起不了太大作用，因此扩频通信能够提高抗干扰性能强。
3 阻性耦合导致电位升的影响及防护措施
3.1 阻性耦合导致电位升的影响
阻性耦合影响也称入地电流影响。我国交流电气化铁道的供电系统是以接触网为电流去线，以钢轨—大地为电流回线的单相不对称供电线路。当接触网电流经钢轨回流，尤其在接触网发生短路故障时，将会有很大的电流沿钢轨漏泄入地（如图2）。在入地电流点或牵引变电所周围相对于远处的大地之间会产生电位差。这种地电位的变化，有可能反窜到智能小区设备中，影响设备的各种地线电位，影响设备的可靠工作。
3.2 对地电位升的防护
对地电位升的防护有隔离和远离接地等技术。隔离实质是将设备的地线系统与大地隔离，隔离方法有两种：一种是用变压器隔离；另一种采用光电隔离技术.这两种方法要求设备单独供电，并且要进行良好的屏蔽。远离接地是基于离钢轨越远处、地电位升越小的原理。根据大秦线测试数据，距离为500 m以上时，则地电位的变化很小。因此可将智能小区设备地线的接地点设置在离铁路较远处，并用绝缘导线引至设备工作地点。接地系统应当做到：①以尽可能短的接地路径建立一个对有关装置都是等电位的接地导线系统。②不构成接地环路。③避免电源零线引入干扰。
4 结论与建议
电气系统的电磁干扰和解决措施 篇7
酸轧线电控系统是从日立引进的, 主要是传动系统、基础自动化系统和过程控制系统 (2级) 。2级系统硬件主要是由计算机构成, 本身就有完善的防电磁干扰设计, 这里就不再叙述。
1 变频器的干扰源、传播方式及抗干扰措施
传动系统主要是由变频器构成, 变频器的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏, 或使控制电路板上微处理器的系统程序运行失控、电路板产生不正常的控制或状态信号, 导致控制失灵, 从而造成设备和生产事故。由于变频器和其它电气设备以及各种电缆都在局限电气室一个狭小的空间内, 所以变频器的干扰还严重影响生产线上的其它电气设备, 产生不正常的控制信号, 造成设备的误动作, 也将导致设备和生产事故。因此, 如何提高变频器系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容。谈到变频器的抗干扰问题, 首先要了解干扰的来源、传播方式, 然后再针对这些干扰采取不同的措施。
1.1 干扰源
变频器干扰的来源首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器, 主要有1) 过压、欠压、瞬时掉电;2) 浪涌、跌落;3) 尖峰电压脉冲;4) 射频干扰。
其次是变频器自身对外部的干扰。日立的变频器整流和逆变部分都采用IGBT功率元件, 采用PWM脉宽调制, 当工作于开关模式且作高速切换时, 产生大量耦合性噪声。变频器造成的干扰有辐射噪声、静电噪声和线路传导噪声。变频器的输入和输出电流中, 都含有很多高次谐波成分, 它们将以各种方式把自己的能量传播出去, 形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。
1.2 干扰传播方式
变频器能产生功率较大的谐波, 由于功率较大, 对系统其它设备干扰性较强, 其干扰途径主要分传导方式、感应耦合方式、电磁辐射方式。具体为:首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声, 使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源, 通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合, 感应出干扰电压或电流。同样, 系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。
1.3 变频器的抗干扰措施
为防止干扰, 在变频系统中主要采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中, 软件抗干扰主要是在软件中的输入和输出信号家上滤波程序, 这样可以将因为过滤掉因干扰引起的误信号。硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施, 一般从抗和防两方面入手来抑制干扰, 其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
1) 所谓干扰的隔离, 是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来, 使它们不发生电的联系。在日立的变频器中, 主要采用如下方式, 一个是将重要的电源和放大器电路之采用隔离变压器以免传导干扰;第二就是输入的控制信号进入电路板后都采用光电隔离或电气隔离, 还有就是在脉冲触发信号全部采用光纤传输, 减少干扰的可能性。2) 在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源从电动机。为减少电磁噪声和损耗, 在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰, 可在变频器输入侧设置输入滤波器。3) 屏蔽是抑制干扰的最有效的方法。当有外部控制信号进入变频器时, 控制线必须尽可能短, 且信号线采用双芯屏蔽, 并与主回路电源线及控制电源线完全分离。为使屏蔽有效, 柜体必须可靠接地。印刷电路板的输入输出接口也是非常容易被干扰的, 日立除了在电路中设计输入输出的光电隔离外在光纤信号输入的接口处全部加装金属外罩, 有效的隔离了干扰。4) 日立的系统接地划分是非常的详细, 虽然设备接地的阻值都是4欧姆, 但根据设备类型的不同将接地分为8种, 不同类型的设备接到不同的接地, 这样既可以使系统有效地抑制外来干扰, 又能降低设备本身对外界的干扰。对于变频器, 设备接地EB和屏蔽接地EB要严格分开, 接地导线的截面积越大越好, 支线长度以尽可能的短的距离接到接地主干网上。5) 采用滤波电抗器:在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量 (5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所) 所占的比重是很高的, 它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外, 还因为它们消耗了大量的无功功率, 使线路的功率因数大为下降。在供电回路中加装滤波器是常用手段, 主要目的是通过抑制谐波电流, 提高功率因数提高, 同时削弱电网中的浪涌电流对变频器的冲击。6) 合理布线是解决干扰的有效措施, 所有电源线、信号线必须严格按照规定摆放在不同的桥架中, 当电源线和信号线同时进入电气柜时, 尽量远离。
2 PLC系统的抗干扰措施
R700是日立用在酸轧线上的可编程控制器, 用来进行自动化控制。但运行中许多外部因素使它产生干扰, 造成程序误变或运算错误, 从而产生误输入并引起误输出, 这将会造成设备的失控和误动作。PLC的干扰来源主要有来自电源的干扰、来自信号线引入的干扰、来自接地系统混乱时的干扰和来自PLC系统内部的干扰, 了解了PLC系统的干扰来源就可以有针对性的采取一些抗干扰措施。
1) 采用性能优良的电源 (UPS) , 抑制电网引入的干扰。2) 在电缆选择和敖设上为了减少动力电缆辐射电磁干扰, 变频装置电缆采用了铜带铠装屏蔽电力电缆, 从而降低了动力线生产的电磁干扰。3) 在硬件及软件上采取措施。在印刷电路板中采用光电隔离或RC滤波器, 可以过滤掉一部分干扰信号。4) 必须采用完善接地系统, 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。日立PLC系统的接地和变频系统一样有专门的接地主干线, 和其它系统、设备有效的隔离开, 降低了干扰。
3 结论
风电场并网电磁干扰及优化措施 篇8
1 风电场的电磁干扰
依据国际电工标准 (IEC) , 电磁兼容 (EMC) 的准确定义是设备或系统在其电磁环境中能够正常运行且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。提高系统电磁兼容的有效方法:抑制电磁骚扰源的发射, 切断电磁干扰的传输途径, 增强敏感设备的抗干扰能力。
2 优化措施
2.1 风电场防雷及接地
2.1.1 升压站防雷及接地系统
升压站防直击雷保护常用构架, 避雷针及独立避雷针保护。
升压站接地方式应以水平接地体为主, 辅以垂直接地极, 并且深埋接地极。升压站接地网接地电阻应不大于0.5Ω。升压站四周与人行道邻处, 应设置与主网相连接的均压带。站内电气装置和设施的金属部分应可靠接地。
2.1.2 风轮叶片防雷
风轮叶片为玻璃纤维/环氧树脂制成的多格的梁/壳体结构。叶片将风能转换为机械能并传递到轮毂上。各个叶片有内置的防雷系统, 包括一个位于叶尖的金属尖, 一根沿着叶片翼梁布置的接地电缆和一根接到变桨轴承的接地电缆。
2.1.3 风机内部防雷保护
风力发电机组本身应有完善的直击雷保护, 风力发电机机壳, 塔架及基础应可靠的连接并与接地网相连。箱变布置与户外, 其高度较低, 在风力发电机防雷保护之内。
2.1.4 侵入雷电波保护
风场内集电线路接地防雷, 要求水泥杆接地电阻在10Ω以下, 铁塔接地电阻在7Ω以下, 以满足耐雷水平达到30kA的要求。若接地网达不到规定要求应采用石墨降阻方式解决。
2.2 监控系统中的电磁兼容
影响电磁兼容的因素:N (ω) =G (ω) ×C (ω) /I (ω)
式中:N (ω) ——干扰对系统设备的影响;
G (ω) ——干扰的强弱;
C (ω) ——干扰传输的耦合函数;
I (ω) ——抗干扰能力。
根据上式分析针对风电场监控系统, 可以从数据采集、传输部分、机箱和机箱内部结构, 以及风电场专用接地等几个方面来分析。
2.2.1 采集装置的电磁兼容
采集板上振荡器, 时钟电路, 地址总线的地位数据线所产生的周期信号是主要辐射源。采用采集板优化设计, 合理布线是提高数据采集系统兼容性重要措施。
2.2.2 数据传输法去干扰
传输数据是经TA、TV转化后的数据, 微小的误差都会使计算值与电力参数真实值相差甚远。因此数据传输线的去干扰对于监测系统电磁兼容行非常重要。
2.2.3 传输终端的滤波
若采用CAN通信方式在接口处加入π型滤波器, 利用电感线圈与寄生电容的并联谐振特性。适当调整参数可使滤波器的插入损耗和频率特性曲线陡峭, 并且峰值很高。此外, 线圈的电阻低, 适用于抑制高速数字信号线中的噪声, 并且不会造成信号波形畸变。
2.2.4 箱变屏蔽结构设计
电磁干扰措施 篇9
单片机应用于测控系统, 使得原来以强电和电器为主的电气测控设备发展成为具有智能化特点、功能完善、数字与模拟信号结合、强弱电结合的新型数字化设备。由于系统所处现场的电磁环境往往比较恶劣, 干扰严重, 导致输出脱离输入指令的要求, 甚至引起设备事故。为了保证测控系统长期稳定运行, 保证系统的输出精度, 电磁干扰控制技术的研究愈来愈引起人们的关注。
1 电磁干扰的形成因素及影响
1.1 电磁干扰的形成
随着强电、弱电设备在通信、计算机、自动化等领域的广泛应用, 处于同一工作环境的各种电子, 电气电路因距离过近而相互耦合, 形成电磁干扰[2]。电磁干扰又包括系统内部干扰和外部干扰。内部干扰主要指由于印制电路板的布局及布线而产生的电磁干扰;外部干扰主要是强电设备产生的电磁噪声通过电源线进入系统内部形成的干扰。
1.2 电磁干扰的影响[3]
单片机属于数字系统, 各逻辑元件都有相应的阈值电平和噪声容限, 外来干扰引入的噪声一旦超过限度, 干扰信号就会被逻辑器件放大, 叠加在测量信号上, 使数据采集误差加大, 甚至淹没一些微弱的测量信号, 倘若这些信号经过电路耦合和传输通道进入存储器和触发器, 改变寄存器中的信息, 就可能导致程序运行失常, 系统紊乱, 引发故障。
2 单片机系统抗干扰措施
一个稳定的单片机应用系统由硬件和软件组成, 因此单片机系统的抗干扰也要从硬件和软件两个方来分析。
2.1 单片机抗干扰的硬件措施
硬件抗干扰技术是设计系统时首选的抗干扰措施, 它能有效抑制干扰源, 阻断干扰传输通道。
2.1.1 滤波和退耦
充分考虑电源对单片机的影响, 电源做得好, 整个电路的抗干扰就解决了一大半。单片机对电源噪声比较敏感, 应给电源加滤波电路或稳压器, 以减小电源噪声对单片机的干扰;可在单片机电路板的Vcc入口处并联一个数百微法和0.1μF的电容以减少电源的高频和低频干扰。其次, 最好在每个集成电路处并接一个0.01μF~0.1μF高频退耦电容, 以减小集成电路对电源的影响[1]。
2.1.2 抑制干扰源
常用的方法有:在继电器线圈处增加续流二极管, 消除断开线圈时产生的反电动势干扰;在继电器接点两端并联火花抑制电路, 减小电火花影响。
2.1.3 单片机系统设计的一些经验
对单片机闲置的I/O接口, 不要悬空, 要接地或电源。其他IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下也应该接地或电源。单片机晶体的引脚要尽量短, 外壳要焊接到电路板的接地端。在速度和性能满足设计要求的前提下, 尽量降低单片机的晶振频率和选用低速数字电路。在控制功率器件时, 如通过继电器、晶闸管控制电机或其他容性和感性负载时, 应对输出通道进行光耦隔离, 如有条件, 尽量采用固态继电器。要正确采用各种接地方式, 模拟地和数字地要分开。同时, 模拟输入信号端、数字信号输出端严格与模拟地走线隔离, 不得交叉。
3 单片机抗干扰的软件措施
尽管采取了硬件抗干扰措施, 但干扰信号产生的原因很复杂, 且具有很大的随机性, 难以保证系统完全不受干扰。因此, 往往在硬件抗干扰措施的基础上, 采取软件抗干扰技术措施加以补充。
3.1 开机自检
开机自检程序通常包括对RAM、ROM、I/O接口状态等的检测。在程序编制中, 可将RAM或ROM区中重要内容分区存放, 在程序运行的初始或中间过程中经常对这些数据进行比较检查, 如发现数据出错, 则重写这些数据。
3.2 软件陷阱
在程序存储器的未使用区域中, 加上若干条空操作和无条件跳转指令, 无条件跳转指令指向复位入口地址。如果程序跳转到这些未用区域, 就通过强行执行无条件跳转指令, 转到复位入口地址。
3.3 指令冗余
指令冗余的一般做法是在十几条正常的指令后填充2个~3个NOP空指令, 尤其是在一些跳转和子程序调用指令的前面, 加上几条NOP空指令可以对程序的正确流向起到一定的保护作用。
3.4 软件滤波
为了提高系统的数据采集的精度, 可以采用软件滤波的方法。软件滤波包括算术平均法、中值滤波法和RC低通滤波法等。软件滤波方法可以减少系统随机干扰对数据采集造成的影响, 减少错误概率, 对周期性干扰有比较好的效果。
3.5 软件看门狗
软件看门狗一般要占用单片机系统中的定时器。在主程序中, 根据定时器的溢出周期对定时器进行初始化, 一旦程序受到干扰跑飞, 则在中断子程序里设置一条出错跳转指令, 使程序从头执行。
结束语
本文从硬件和软件两个方面探讨了单片机系统的抗干扰措施。单片机抗干扰设计是一项综合性的工作, 要真正解决单片机系统的抗干扰难题, 要从软件、硬件两方面着手, 从设计源头开始, 处处防患于未然, 采取多种措施, 从根本上解决问题。
摘要：随着单片机及其应用系统朝着快速化、高集成度方向发展, 对单片机系统的可靠性提出了更高的要求。一个单片机系统的可靠性又和系统的抗干扰能力有关, 文章从硬件和软件方面简要分析了单片机系统的抗干扰措施。
关键词：单片机,抗干扰,硬件,软件
参考文献
[1]刘建清, 鲁金等.从零开始学单片机技术[M].北京:国防工业出版社, 2006.
[2]王幸之, 王雷等.单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.
对变电站抗电磁干扰措施的探讨 篇10
1 有效抑制干扰源的影响
干扰变电站一次、二次系统的因素可以分为外部环境和内部环境, 而外部干扰源是变电站综合自动化系统外部产生的, 这些干扰源通常是通过连接导线由端子串入变电站的自动化系统中, 是一个无法彻底消除或根除的外在因素, 但是我们可以从2个方面对其进行控制和抑制。
1.1 实行屏蔽措施
变电站的电缆是屏蔽的主要对象, 在一次设备和自动化系统输入、输出的连接上, 应该采用带有金属外皮, 即屏蔽层的控制电缆。当屏蔽层一点接地时, 屏蔽层的电压为零, 可以明显地减少静电的产生及相互感应, 即电容耦合时产生的电压;当屏蔽层两点接地时, 干扰磁场在屏蔽层中会产生感应电流, 这种电流产生的磁通与干扰磁通方向相反, 就会互相中和抵销, 因此, 可以有效地降低磁场耦合感应所产生的电流、电压。当两端接地时, 可以将其感应电压控制在不接地时感应电压的1%以下, 这种屏蔽的方法对磁场的耦合和电场耦合都能发挥重要的削弱作用。
而对于变电站的二次设备, 综合自动化系统中的微机保护、测量仪器或者自动控制装置中的互感器, 也应该要设置屏蔽层, 因为这些设备的互感器是联系一、二次绕组之间的重要纽带, 如果不加以屏蔽, 外界的高频干扰信号就会很容易通过分布在电容里的各种设备传导进入变电站的自动化系统中, 干扰各部件的正常运作。同时, 变电站内的机箱和机柜要采用铁质材料, 机柜和机箱的输入端子上对地接和耐高压的小电容, 都可以起到抑制外部高频干扰的作用。因为外部的干扰源一般是通过端子串入自动化系统里的, 当高频干扰到达端子时, 通过电容对地短路, 可以有效地避免高频干扰进入自动化系统内部。
1.2 要尽可能地减少强电回路的电流感应的耦合
为了减少变电站综合自动化系统以外的, 由一次设备带来的感应耦合, 一般我们可以采用以下办法:
首先, 我们可以有效地控制电缆尽可能离开暂态电流的入地点和高压母线的位置, 尽可能地减少电缆之间的相互的平行距离, 因为高压母线通常都是强烈的干扰源, 要减少强电回路就必须控制电缆和高压母线间的距离, 这是非常有效的一个措施。另外, 对于避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器、耦合电容器等是高频暂态电流的入地点, 也应该要控制电缆跟它们之间的距离, 要使电缆尽可能地远离它们, 以减少感应耦合。
其次, 电流互感器回路的A、B、C相线和中性线应该在同一根电缆线内, 以免发生环路现象。电压互感器和电流的二次交流回路电缆, 从高压设备引出至监控和保护安装处时, 应尽量靠近接地体, 这样可以有效地减少进入这些回路的高频瞬变漏磁通。
2 利用接地来减少共阻, 对抗电磁耦合
接地是变电站综合自动化系统抑制干扰的主要措施, 也是一、二次设备电磁兼容的重要方法之一, 变电站在设计和施工阶段中, 如果能把接地和屏蔽措施完美地结合起来, 就可以解决大部分电磁干扰的问题。众所周知, 地球是一个体积庞大的导体, 电位比较稳定, 其静电容量也非常的大, 因此人们把它的电位作为基准电位, 也即零电位。通常在打雷闪电时, 越靠近地面, 雷电的正、负电荷就会被地面相吸。所以针对一次系统和二次系统的特点, 以下的方法是接地时需要注意的问题。
(1) 一次系统接地:一次系统接地是以防雷、保安 (系统中性点接地) 为目的, 但是它对二次回路的电磁兼容会产生重要的影响。如果接地合适, 可以有效地减少开关场内的高频瞬变电压幅值, 特别是减少降低地网中的瞬变电位的升高和地网中各点的瞬变电位差, 这为二次设备的电磁兼容打下了良好的基础。在处理一次系统接地时, 应注意对于引入瞬变大电流的地方, 应该要设置多根接地线并加密接地网, 以降低瞬变电流引起的地电位升高和地网各点电位差。例如:1) 设备接地处要增加接地网络互连线;2) 避雷针、避雷器接地点应采用2根以上的接地线和加密接地网络;3) 设备接地线要接于地网导体交叉处。这些都是重要的接地原则和窍门, 可以有效地减少电磁场的耦合、感应。
(2) 二次系统接地:一般可以分安全接地 (保护接地) 和工作接地2大类。
首先是安全接地, 其主要作用是避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时, 遭受触电危险并且保证变电站设备的安全。安全接地是将设备的外壳 (包括变电站综合自动化系统的各机柜和机箱外壳) 接地, 以防电击或静电放电。安全接地的接地网, 通常就是一次设备的接地网, 而接地线要尽量短并且质量要可靠, 以降低可能出现的瞬变过电压。
其次是工作接地, 它的作用主要是为了给电子设备或微机控制系统或保护装置一个电位基准, 防止地环流引起的干扰, 保证其可靠运行。接地线还可作为各级电路之间信号传输的返回通路。从电磁兼容的角度, 一般对工作接地的要求如下:1) 由多个电子器件组成的系统, 各电子器件的工作接地应连在一起, 通过一点与安全接地网相连;2) 工作接地网 (总线) 各点电位应一致;3) 多个电路公用接地线时, 其阻抗应尽量小。
(3) 变电站综合自动化系统的工作接地。在变电站综合自动化系统中地线的种类大致有如下5种地线:1) 微机电源地和数字地 (即逻辑地) , 这种地是微机直流电源和逻辑开关网络的零电位。2) 模拟地, 这是A/D转换器和前置放大器或比较器的零电位。3) 信号地, 这种地通常为传感器的地。4) 噪声地, 继电器、电动机等噪声地。5) 屏蔽地, 即机壳接地。
对这些不同的地线应如何处理?是浮地还是共地?是一点接地还是多点接地?是分散接地还是集中接地等问题, 都是综合自动化系统设计、安装、调试过程中需认真考虑的问题。例如, 微机电源地采用不接机壳的关键, 就是要减小微机电源地对机壳的耦合, 根据长期的实践经验显示, 一般可以使用以下的方法:1) 尽量减少地线长度, 在允许的情况下尽量加粗线径, 同时, 印刷电路板上的支线、干线和总线应根据电流大小按比例加粗;2) 印刷电路板上电路的要害部分不要走长线, 特别是不要引至面板;3) 微机系统的印刷电路板周围都用电源线封闭起来, 这样可以隔离印刷板上的电路与机壳的耦合。
再如一点接地和多点接地问题。对微机电源地或数字地的接地方式, 一般认为:低频电路 (1 MHz以下) 一般会采用一点接地;而高频电路 (10 MHz以上) 适宜选用多点接地。对于接地导体的长度大于干扰波长1/20的, 则采用多点接地;而1～10 MHz的系统, 接地导体的长度小于干扰波长1/20的, 则采用一点接地为好, 其原因是在高频电路中若采用一点接地, 地线必然相对较长, 地线上有电感, 在高频电路中, 造成阻抗大, 同时各地线之间又容易产生电感辊合。当频率甚高时, 特别是当地线长度等于1/4干扰波长的奇数倍时, 地线阻抗会变得很高, 这时地线相当于变成天线, 甚至可以向外辐射噪声信号。所以地线长度应小于信号波长的1/2, 才能防止辐射干扰, 并降低阻抗。所以高频电路应采用多点接地。
变电站综合自动化系统属低频系统, 所以, 一般来说应该尽量使用一点接地, 因为在低频电路中, 布线和元件间的电感并不是什么大的问题, 但是接地电路若形成环路, 则对干扰影响大。采用一点接地, 对避免地线形成环流有利。
变电站综合自动化系统中的各个子系统都由多块插件组成, 各插件板之间应遵循一点接地的原则, 如图1所示。
3 结语
变电站的抗电磁干扰的措施应该综合利用, 根据实际情况和供电电源的干扰环境决定, 有选择地采用不同的抗干扰措施, 对干扰源进行有效地隔离或干扰, 以减少一、二次系统的设备障碍, 保证变电站自动化系统的正常运行, 为广大人民服务。
摘要：做好变电站的电磁抗干扰工作, 是维护变电站综合自动化系统正常运行的前提保障, 对于外界的电磁干扰, 目前的方案主要是从消除、抑制、干扰这3个方面进行, 着重探讨对电磁辐射进行干扰的措施, 以维护变电站综合自动化系统健康运转。
关键词：变电站,抗电磁,干扰,措施
参考文献
[1]李宏任.实用继电保护[M].北京:机械工业出版社, 2002
