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傳遞過程中所受的干擾進(jìn)行分析討論并介紹常見的信號傳遞的抗干擾措施。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)于這方面的書籍有很多。我們只能做簡要的介紹。電氣干擾可以分為兩類：受外界的干擾和對外界的干擾。同樣抗干擾措施也是圍繞這兩個方面展開的?？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。共模干擾是由電源輸入線對大地或中線對

2、大地之間的電壓差所形成的。對于三相電源而言，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、對地干擾和不對稱干擾。差模干擾存在于電源線間、線與中線間，對于三相電源還存在于相線與相線之間。 我國工頻電采用的標(biāo)準(zhǔn)是50Hz，但是在電網(wǎng)中由于使用各種用電設(shè)備帶來的各種干擾源會使電源波形發(fā)生畸變，電源中會含有多種高次諧波，高次諧波容易使電機顫振、用電設(shè)備過熱，從而使設(shè)備不能正常運轉(zhuǎn)。直流電源也不是理想的直流電源，存在紋波，而很多電子器件對需要限制，紋波超出限定值會使設(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、即傳導(dǎo)和輻射。輻射干擾：干擾信號是通過電磁波輻射傳播的。傳導(dǎo)干擾：干擾信號是通過干擾源和被干擾設(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，輻射干擾可以通過導(dǎo)線轉(zhuǎn)換成為傳導(dǎo)干擾，而傳導(dǎo)干擾又可通過導(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干擾的耦合通道來完成，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。另一種是通過空間場，即輻射干擾。(2) 干擾的耦合方式 共阻抗耦合當(dāng)兩個設(shè)備的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，電流在阻抗上產(chǎn)生的電壓降會

4、影響到另一個設(shè)備。電感性耦合又稱電磁耦合或磁場耦合，它是由兩個電路之間的互感，使一個電路的電流變化并通過磁場鏈影響到另一個電路。電容性耦合又稱為靜電耦合或電場耦合，它是由于二個電路之間存在著分布電容，使一個電路的電荷影響另一個電路，如印制線路板上的印制電路之間，變壓器初、次級之間，都會存在這種分布電容，通過電容干擾傳播到設(shè)備內(nèi)。3.常見的抗干擾措施根據(jù)電氣干擾的來源和干擾途徑，常用的抗干擾措施有：科學(xué)布局、濾波、電氣隔離、屏蔽、接地、合適的信號傳遞方式。3.1科學(xué)布局科學(xué)布局的方法包含通過選擇合適的安裝地點來降低設(shè)備所收的外界干擾，和合理對設(shè)備布局來增強設(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)線越短時所收到的輻射干擾越小?？梢酝ㄟ^遠(yuǎn)離干擾源的方式，發(fā)現(xiàn)較強的干擾源，在條件允許的情況下遠(yuǎn)離干擾源。盡量縮短設(shè)備見的連線，信號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，而阻止其它的頻率通過以達(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，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，可以通過干擾儀器來檢測，獲得干擾源的頻帶分布和幅值，有針對性地選擇濾波器的種類或者針對性地設(shè)計濾波器。 對于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。咱們公司的低壓無功補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)在可畫草圖看看）。用直流作電源的電子器件在電源處并聯(lián)一個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。對模擬輸入信號，還可以用專門隔離放大器隔離，我們將信號的輸入回路與主回路在電氣上隔離。利用光或磁來耦合輸入信號。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，屏蔽的實質(zhì)是由具有良好導(dǎo)電性能的金屬材料制成的一個全封閉的殼體。常見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。屏蔽體單端接地， 有時也稱為靜電屏蔽。當(dāng)干擾電場很強而電路靈敏度又高時，可采用雙層屏蔽。注意

8、： 內(nèi)外屏蔽層之間只能一點連接，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， 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。缺點是有電感， 金屬屏蔽電纜外加料層， 隔離性強， 作用距離長，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行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。在高壓變頻器信號傳遞中需要考慮信號回路接地

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題。信號回路接地，如各變頻器的負(fù)端接地，開關(guān)信號的負(fù)端接地等。信號地的處理原則上不允許各變送器和其他的傳感器在現(xiàn)場接地，而應(yīng)都將其負(fù)端在變頻器端子處一點接地。但在有些場合，現(xiàn)場必須接地，這時必須注意原信號的輸入端子（上雙端）絕對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)在處理這類信號時，必須在前端采用有效的隔離措施 屏蔽接地(模擬信號的屏蔽接地)，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，需在變頻器機柜內(nèi)部安裝模擬地匯流排或其他設(shè)施。用戶在接線時將屏蔽線分別接到模擬地匯流排上，在機柜底部，

10、用絕緣多股銅線連接到一點，然后將各機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。注意各機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。本安接地會因采用的設(shè)備不同而不同，安全柵的作用是使危險現(xiàn)場端永遠(yuǎn)處于安全電源和安全電壓范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場端短路，由于負(fù)載電阻和安全柵電阻R的限流作用，會將導(dǎo)線上的電流限制在安全范圍之內(nèi)，使現(xiàn)場端不至于產(chǎn)生很高的溫度，引起燃燒。如果變頻器一端產(chǎn)生故障，則高壓信號加入信號回路，則由于齊納二極管的作用，也使電壓處于安全范圍。 3.5 合適的信號傳遞方式可以采取以下的信號傳遞

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

12、扭節(jié)距把信號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，因此其磁場干擾可以相互抵消。但需要說明的是絞線的結(jié)構(gòu)對電場耦合干擾沒有抑制能力。當(dāng)給絞線加上屏蔽層后，其抑制干擾能力更強。 結(jié)束語信號傳遞過程中的抗干擾技術(shù)時一門實踐性很強的技術(shù)，經(jīng)常采用多種技術(shù)綜合運用。企業(yè)里還要講究效益，實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 家樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。7月-227月-22Thursday, July 28, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。04:21:1704:21:1704:217/

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