電氣干擾與抗干擾課件

1、電氣干擾與抗干擾前言本次講座為電氣信號(hào)傳遞過(guò)程中所受的干擾進(jìn)行分析討論并介紹常見(jiàn)的信號(hào)傳遞的抗干擾措施。有的地方有稱做電磁兼容和電磁干擾（EMC或EMI)。電氣干擾所涉及面非常廣，關(guān)于這方面的書(shū)籍有很多。我們只能做簡(jiǎn)要的介紹。電氣干擾可以分為兩類(lèi)：受外界的干擾和對(duì)外界的干擾。同樣抗干擾措施也是圍繞這兩個(gè)方面展開(kāi)的?？垢蓴_措施還包含如何抵御外部的干擾，和如何降低自身各部分間的相互干擾。（一）干擾源： 1.電源干擾 電源干擾是一種很復(fù)雜的干擾,產(chǎn)生的原因是多樣的,并包括了許多可變的因素，反映出干擾的形式也是多種多樣，但從干擾的方式上可歸為共模干擾和差模干擾兩類(lèi)。共模干擾是由電源輸入線對(duì)大地或中線對(duì)

2、大地之間的電壓差所形成的。對(duì)于三相電源而言，共模干擾存在于任何一相與地之間。共模干擾又稱共態(tài)干擾、對(duì)地干擾和不對(duì)稱干擾。差模干擾存在于電源線間、線與中線間，對(duì)于三相電源還存在于相線與相線之間。 我國(guó)工頻電采用的標(biāo)準(zhǔn)是50Hz，但是在電網(wǎng)中由于使用各種用電設(shè)備帶來(lái)的各種干擾源會(huì)使電源波形發(fā)生畸變，電源中會(huì)含有多種高次諧波，高次諧波容易使電機(jī)顫振、用電設(shè)備過(guò)熱，從而使設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。直流電源也不是理想的直流電源，存在紋波，而很多電子器件對(duì)需要限制，紋波超出限定值會(huì)使設(shè)備不能正常工作。 22 電磁干擾在介紹電磁干擾之前，我們先介紹電磁兼容。（ Electromagnetic Compatibili

3、ty 簡(jiǎn)稱EMC）。電磁兼容( EMC) 最淺顯的解釋是“電磁環(huán)境中共存的能力”。 電磁干擾進(jìn)入設(shè)備可分為二大類(lèi)、即傳導(dǎo)和輻射。輻射干擾：干擾信號(hào)是通過(guò)電磁波輻射傳播的。傳導(dǎo)干擾：干擾信號(hào)是通過(guò)干擾源和被干擾設(shè)備之間的公共阻抗進(jìn)行傳播的。以上二種干擾傳播方式可能互相轉(zhuǎn)換，輻射干擾可以通過(guò)導(dǎo)線轉(zhuǎn)換成為傳導(dǎo)干擾，而傳導(dǎo)干擾又可通過(guò)導(dǎo)線形成輻射干擾。(1) 干擾傳播方式 干擾源傳播途徑和傳播的方式通過(guò)干擾的耦合通道來(lái)完成，干擾耦合通道主要有二種，一種是金屬導(dǎo)線,即傳導(dǎo)干擾。另一種是通過(guò)空間場(chǎng)，即輻射干擾。(2) 干擾的耦合方式 共阻抗耦合當(dāng)兩個(gè)設(shè)備的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，電流在阻抗上產(chǎn)生的電壓降會(huì)

4、影響到另一個(gè)設(shè)備。電感性耦合又稱電磁耦合或磁場(chǎng)耦合，它是由兩個(gè)電路之間的互感，使一個(gè)電路的電流變化并通過(guò)磁場(chǎng)鏈影響到另一個(gè)電路。電容性耦合又稱為靜電耦合或電場(chǎng)耦合，它是由于二個(gè)電路之間存在著分布電容，使一個(gè)電路的電荷影響另一個(gè)電路，如印制線路板上的印制電路之間，變壓器初、次級(jí)之間，都會(huì)存在這種分布電容，通過(guò)電容干擾傳播到設(shè)備內(nèi)。3.常見(jiàn)的抗干擾措施根據(jù)電氣干擾的來(lái)源和干擾途徑，常用的抗干擾措施有：科學(xué)布局、濾波、電氣隔離、屏蔽、接地、合適的信號(hào)傳遞方式。3.1科學(xué)布局科學(xué)布局的方法包含通過(guò)選擇合適的安裝地點(diǎn)來(lái)降低設(shè)備所收的外界干擾，和合理對(duì)設(shè)備布局來(lái)增強(qiáng)設(shè)備的抗干擾能力。離干擾源越遠(yuǎn)所收到輻射

5、的能量越小，導(dǎo)線越短時(shí)所收到的輻射干擾越小?？梢酝ㄟ^(guò)遠(yuǎn)離干擾源的方式，發(fā)現(xiàn)較強(qiáng)的干擾源，在條件允許的情況下遠(yuǎn)離干擾源。盡量縮短設(shè)備見(jiàn)的連線，信號(hào)線越短越不容易收到外界的干擾。3.2 濾波是利用濾波器來(lái)抑制傳導(dǎo)干擾，大部分用于抑制低頻或中頻干擾，抑制的頻率可達(dá)300MHz。濾波器是由集中參數(shù)的電阻、電感和電容，或者是分布參數(shù)的電阻、電容和電感構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)只允許某些頻率通過(guò)，而阻止其它的頻率通過(guò)以達(dá)到抑制電磁干擾的目的 。常用的濾波器有T 型濾波器，型濾波器，L 型濾波器及C 型濾波器、電容低通濾波器和電感低通濾波器等。在采用濾波方法抑制傳導(dǎo)干擾時(shí)，首先要了解干擾源的頻譜，干擾源在頻帶

6、中的分布情況，干擾波的幅值等，可以通過(guò)干擾儀器來(lái)檢測(cè)，獲得干擾源的頻帶分布和幅值，有針對(duì)性地選擇濾波器的種類(lèi)或者針對(duì)性地設(shè)計(jì)濾波器。 對(duì)于220V交流電源我們推薦圖1.3所示電路圖濾除高次諧波。此圖是一50Hz帶通濾波器。咱們公司的低壓無(wú)功補(bǔ)償器可以看作低通濾波器，電抗和電容串聯(lián)的設(shè)備是帶阻濾波器（現(xiàn)在可畫(huà)草圖看看）。用直流作電源的電子器件在電源處并聯(lián)一個(gè)1000p1u的電容可以濾除直流電源中存在的高頻紋波。3.3隔離 經(jīng)導(dǎo)線傳輸是干擾傳輸?shù)闹饕绞?，?jīng)導(dǎo)線引入表現(xiàn)為干擾經(jīng)電源線、信號(hào)線、控制線入侵。經(jīng)電源線入侵我們已經(jīng)在前面介紹。經(jīng)信號(hào)線和控制線入侵的干擾一般可以采用光電器件隔離或脈沖變壓器

7、隔離。對(duì)模擬輸入信號(hào)，還可以用專門(mén)隔離放大器隔離，我們將信號(hào)的輸入回路與主回路在電氣上隔離。利用光或磁來(lái)耦合輸入信號(hào)。光電耦合和變壓器隔離已經(jīng)為廣大工程技術(shù)人員所熟悉。在我們公司能見(jiàn)到的隔離器件為光耦TCP521和可控硅中采用的隔離隔離變壓器。3.4屏蔽 屏蔽是限制內(nèi)部的電磁能量越出某一區(qū)域和防止外來(lái)的能量進(jìn)入某一區(qū)域。一般常用于限制隔離和衰減輻射干擾，屏蔽的實(shí)質(zhì)是由具有良好導(dǎo)電性能的金屬材料制成的一個(gè)全封閉的殼體。常見(jiàn)的措施有將器件裝入軟磁材料（如鐵板）制成的金屬殼內(nèi)。還有廣泛采用屏蔽電纜傳遞電信號(hào)。屏蔽體單端接地， 有時(shí)也稱為靜電屏蔽。當(dāng)干擾電場(chǎng)很強(qiáng)而電路靈敏度又高時(shí)，可采用雙層屏蔽。注意

8、： 內(nèi)外屏蔽層之間只能一點(diǎn)連接，且要加濾波電路，兩層之間距離應(yīng)盡可能大。傳輸線用電纜進(jìn)行可采用編織、包扎、金屬皮屏蔽三種屏蔽方式。編織電纜柔性好，易彎曲， 壽命長(zhǎng)， 直流電阻少，在低頻應(yīng)用較好，包扎電纜由螺線組成， 適合在視頻使用。缺點(diǎn)是有電感， 金屬屏蔽電纜外加料層， 隔離性強(qiáng)， 作用距離長(zhǎng)，柔性小，適用于射頻。它們幾種也可以組合。3.5 接地。接地的作用概括起來(lái)只有兩種：保護(hù)人和設(shè)備不受損害的保護(hù)接地和為了抑制電磁干擾的接地即工作接地。在此只討論工作接地的問(wèn)題，工作接地是為了使變頻控制系統(tǒng)及與之相連的儀表均能可靠運(yùn)行并保證測(cè)量和控制精度而設(shè)的接地。在高壓變頻器信號(hào)傳遞中需要考慮信號(hào)回路接地

9、、屏蔽接地，高壓變頻器用于石化或其他防暴系統(tǒng)中還有本安接地的問(wèn)題。信號(hào)回路接地，如各變頻器的負(fù)端接地，開(kāi)關(guān)信號(hào)的負(fù)端接地等。信號(hào)地的處理原則上不允許各變送器和其他的傳感器在現(xiàn)場(chǎng)接地，而應(yīng)都將其負(fù)端在變頻器端子處一點(diǎn)接地。但在有些場(chǎng)合，現(xiàn)場(chǎng)必須接地，這時(shí)必須注意原信號(hào)的輸入端子（上雙端）絕對(duì)不允許和變頻控制系統(tǒng)的接地線有任何電氣連線，而變頻控制系統(tǒng)在處理這類(lèi)信號(hào)時(shí)，必須在前端采用有效的隔離措施 屏蔽接地(模擬信號(hào)的屏蔽接地)，模擬地是所有的接地中要求最高的一種，高壓變頻器要求接地電阻小于0.1，需在變頻器機(jī)柜內(nèi)部安裝模擬地匯流排或其他設(shè)施。用戶在接線時(shí)將屏蔽線分別接到模擬地匯流排上，在機(jī)柜底部，

10、用絕緣多股銅線連接到一點(diǎn)，然后將各機(jī)柜的匯流排用絕緣多股銅導(dǎo)線或銅條以輻射狀連接到接地點(diǎn)。注意各機(jī)柜之間的連接電阻需小于1。本安接地，是本安儀表或安全柵的接地。這種接地除了可抑制干擾外，還是使儀表和系統(tǒng)具有本質(zhì)安全性質(zhì)的措施之一。本安接地會(huì)因采用的設(shè)備不同而不同，安全柵的作用是使危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)端永遠(yuǎn)處于安全電源和安全電壓范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場(chǎng)端短路，由于負(fù)載電阻和安全柵電阻R的限流作用，會(huì)將導(dǎo)線上的電流限制在安全范圍之內(nèi)，使現(xiàn)場(chǎng)端不至于產(chǎn)生很高的溫度，引起燃燒。如果變頻器一端產(chǎn)生故障，則高壓信號(hào)加入信號(hào)回路，則由于齊納二極管的作用，也使電壓處于安全范圍。 3.5 合適的信號(hào)傳遞方式可以采取以下的信號(hào)傳遞

11、方式來(lái)增強(qiáng)設(shè)備的抗干擾能力。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)選擇抗干擾性強(qiáng)的信號(hào)傳遞技術(shù)，如優(yōu)先考慮數(shù)字型與電流型信號(hào)。數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于模擬信號(hào)。惡劣的電磁環(huán)境對(duì)信號(hào)電纜的影響主要是產(chǎn)生共模電壓干擾，電流型信號(hào)在傳輸通路中不會(huì)出現(xiàn)在同一回路中各點(diǎn)電流大小不一致的問(wèn)題，有很強(qiáng)的抗感應(yīng)式干擾的能力，推薦采用工業(yè)上常用的4-20mA信號(hào)。 當(dāng)傳遞數(shù)字信號(hào)或電平信號(hào)時(shí)，采用光纖作為傳輸介質(zhì)傳遞信號(hào)。以光波的形式傳遞信號(hào)，可以從根本上杜絕信號(hào)在傳輸過(guò)程中所受干擾；信號(hào)在光纖中以光速傳輸，光纖傳輸信號(hào)速度快；采用光纖可以節(jié)省有色金屬-銅，比電纜傳輸信號(hào)經(jīng)濟(jì)。咱們公司的MCR用到了光纖傳輸信號(hào)。 使用絞線。絞線的絞

12、扭節(jié)距把信號(hào)線分隔成許多小回路，如果雙絞線的絞扭一致，那么這些小回路的面積相等而方向相反，因此其磁場(chǎng)干擾可以相互抵消。但需要說(shuō)明的是絞線的結(jié)構(gòu)對(duì)電場(chǎng)耦合干擾沒(méi)有抑制能力。當(dāng)給絞線加上屏蔽層后，其抑制干擾能力更強(qiáng)。 結(jié)束語(yǔ)信號(hào)傳遞過(guò)程中的抗干擾技術(shù)時(shí)一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)，經(jīng)常采用多種技術(shù)綜合運(yùn)用。企業(yè)里還要講究效益，實(shí)踐中需要在降低成本和提高質(zhì)量中保持平衡。在保證信號(hào)傳輸質(zhì)量的前提下，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。謝 謝 大 家樹(shù)立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。7月-227月-22Thursday, July 28, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。04:21:1704:21:1704:217/

13、28/2022 4:21:17 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。7月-2204:21:1704:21Jul-2228-Jul-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。04:21:1704:21:1704:21Thursday, July 28, 2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。7月-227月-2204:21:1704:21:17July 28, 2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年7月28日4:21 上午7月-227月-22追求至善憑技術(shù)開(kāi)拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹(shù)立形象。28 七月 20224:21:17 上午04:21:177月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。七月 224:21 上午7月-2204:21July 28, 2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/7/28 4:21:1704:21:1728 July 2