中国船舶网论坛

 找回密码
 加入我们

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 998|回复: 0

电气设备外部噪声的抗干扰技术

[复制链接]
发表于 2011-9-26 10:40:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、干扰的产生和传递

1、干扰的产生

电气设备工作时,在接收的信号中,除了接收有用的信号之外,还夹杂着一些无用的信号.这种无用且不规则变化的信号——“噪声”,则产生不良效应——干扰.
为了研究方便,把噪声分为内部噪声和外部噪声两类.
内部噪声 这类噪声是由电气设备内部产生的,包括“热噪声”、“散粒噪声”、“接触噪声”以及由电路设计不当而造成的内部电路之间的相互干扰等.
外部噪声 这类噪声是电气设备的外来噪声,它往往会使电气设备无法工作,这类噪声可分为下列两类:http://www.mechnet.com.cn/company/show/pdetail--1464280--11223364.html
自然界的噪声 主要指宇宙射线、雷电、大气电离等自然现象而引起的噪声.
来自其它设备的噪声 这是一种人为的噪声,是人类生产活动的副产品.由于用电设备大量增加,所以人为噪声也呈现逐渐上升的态势.这些噪声包括:电火花放电干扰、工频干扰、电子开关和电动机的启停以及跳闸等引起的浪涌干扰、中频或高频设备所形成的电磁干扰等.

2、外部干扰侵入电气设备的途径

外部噪声对电气设备的干扰几乎都是通过以下两种方式耦合(包括电场耦合、磁场耦合、辐射耦合)实现的.
传导耦合 噪声通过导线(电源线、信号线等)直接进入电气设备,从而对电气电路形成传导耦合干扰.其干扰模式一般为常模干扰和共模干扰.
空间耦合 空间耦合是噪声通过“场”的耦合形式干扰电气设备的.一种是“辐射耦合”,它是高频电磁场产生的电磁波在空间传播,从而对电气设备形成干扰.另一种是“感应耦合”,它可分为“电场耦合”和“磁场耦合”.电场耦合是由于电路间存在分布电容,一般发生在高电压小电流的场源附近.磁场耦合则是由于电路间存在互感,一般发生在低电压大电流的场源附近.

二、传导耦合干扰的抑制

1、抑制电源线上的干扰
http://www.mechnet.com.cn/company/show/pdetail--1465155--11260441.html
大部分电气设备都使用交流电源,而交流电源引入的噪声干扰是电气设备的主要噪声来源,因此如何抑制电源系统的干扰就成为提高电气设备抗干扰性能的一个重要环节.
对浪涌冲击干扰的抑制 浪涌冲击变化快、时间短、功率大,因而危害性大.对浪涌冲击一般可采用吸收其能量和瞬时短路干扰噪声的办法.由于RC电路具有缓冲和吸收能量的性能,尤其是压敏电阻和瞬变抑制二极管具有瞬间短路放电的性能,因此被广泛用来抑制浪涌脉冲.图1是压敏电阻Ry和瞬变抑制二极管TVP的典型用法.

http://www.jhlyzk.com/products/viewproduct-342.html



图1 Ry及TVP的典型用法

对幅度不大的高频干扰的抑制 由于供电网络中存在有大量的谐波,以及外部的无线电干扰等因素,导致电源携带有大量的高频噪音,对此宜采用低通滤波器予以滤除.滤波器的种类较多,常用的有T型、π型、L型以及它们的组合型式.图2是几种最基本的低通滤波器.




180.125.6.*
2楼



图2 几种典型的低通滤波器

2、对信号线上干扰的抑制

电气设备要正常工作,首先应正确无误地检测到被测信号.若信号受到严重干扰,导致信号难以辨识,尤其对一些比较微弱的信号.在一些干扰严重的工业场合,信号甚至会被淹没于干扰之中.为了还原信号,可采取如下措施:
提高信号幅值 从抑制传输干扰的角度看,提高信号幅值不失为一种简单而有效的方法.提高信号幅值就提高了“信噪比”,因而增强了信号在传输过程中的抗干扰能力.
使用滤波器滤除噪声信号 根据被测信号的频率范围,选用不同频带的滤波器,使有用信号顺利通过.对于直流和甚低频信号,采用低通滤波器;对于高频信号采用高通滤波器;对于中频信号则采用带通滤波器.一般来讲,用于信号处理的滤波器和电源滤波器在选择上是有区别的,电源滤波器一般选用无源滤波器,而信号滤波器则选用有源滤波器.
采用隔离技术抑制共模干扰 对模拟信号可采用变压器隔离、线性隔离放大器等方法.前置放大器宜采用差动放大器,以消除共模干扰.对数字信号则可采用光电耦合器或脉冲变压器予以隔离.

3、对输出控制线上干扰的抑制http://www.mechnet.com.cn/company/show/pdetail--1465155--11260439.html

电气设备的输出控制线大部分用来控制电机的运转、启停,继电器、接触器的吸合,各种晶闸管的打开与闭合等,而这些设备器件恰恰就是一些“噪声”的发源地,并通过输出控制线作用于电气设备,所以必须进行处理.与信号线类似,对模似量输出,一般用变压器隔离.对数字量输出,一般用光电耦合器或脉冲变压器隔离.

三、空间耦合干扰的抑制

既然空间耦合主要是通过“场”的耦合形式对电气设备形成干扰,因此抑制干扰的措施应放在对“场”的隔离上,场的隔离采用屏蔽的方法.屏蔽的实质是通过屏蔽物体对外来的电磁干扰进行吸收或反射以防止噪声侵害电气设备.用导电性能良好的金属导体制成的屏蔽体适用于电场的屏蔽,用高导磁材料制成的屏蔽体适用于磁场屏蔽.

1、信号线的屏蔽措施

为了防止“干扰噪声”通过空间耦合方式侵入信号线而进入电气设备,在干扰比较强的工业现场,或者对那些比较微弱的信号,传输时宜选用屏蔽线.屏蔽线有普通屏蔽线、双绞屏蔽线、同轴电缆之分.使用中要根据信号的特点,选用不同的屏蔽线,以最经济的方法达到较好的屏蔽效果.
低频信号在一般场合传输中的屏蔽 一般场合下,由于干扰较弱,普通屏蔽线即能满足要求(对于幅值较大的强信号也可不用屏蔽线),屏蔽层要采用一点接地的方式.图3是两种示例.



图3 屏蔽示例

低频信号在干扰严重的工业现场传输中的屏蔽 在工业现场,由于存在着较强的电磁干扰,尤其是在有大电流干扰源的附近,应采用双绞屏蔽线.双绞线相互绞合,在导线上会产生相反的电动势,因此对外部干扰磁通的抑制较强.特别对低频信号的传输,双绞屏蔽线的屏蔽效果比较好.使用中应注意屏蔽层要一点接地.接地图与图3相同.
高频信号在传输中的屏蔽 当信号的频率较高时,普通屏蔽线、双绞屏蔽线已不能满足要求,因为在高频段,它们的损耗会大幅度增加.但同轴电缆由于具有良好的输入、输出阻抗匹配性能,且传输损耗小,因而在高频信号传输中受到广泛应用.注意这种屏蔽层要多点接地,即信号端和设备同时接地.

2、电源的屏蔽措施

由于电气设备的微电子系统使用的是由交流市电,经电源变压器变压、整流、稳压后的直流,所以对电源的屏蔽包括两个部分,即电源引线的屏蔽和电源变压器的屏蔽.
电源引线的屏蔽 交流市电是低频信号,一般可选用普通屏蔽线或双绞屏蔽线作为电源进线(对干扰小的场合也可不用屏蔽线).为了保证安全,电气设备必须有保护地线,并使屏蔽层和保护地共同接地.
电源变压器的屏蔽 普通电源变压器的一次绕组与二次绕组间虽然是绝缘的,然而,对干扰的抑制却微乎甚微.这是由于它的一次侧和二次侧靠得很近,很多部位存在分布电容,交流电中的噪声将通过分布电容耦合到二次侧.图4分别是无屏蔽和有屏蔽时变压器等效电路图.



图4 无屏蔽和有屏蔽变压器的等效电路

图中C12是一、 二次绕组之间的分布电容,C2E是二次侧的对地电容,UN1是一次侧的共模干扰电压,则从图可知二次侧的共模噪声电压为:



对于有屏蔽的变压器,其中的ZE是屏蔽层的对地阻抗,C10,C20分别代表一次和二次绕组对屏蔽层的分布电容,C2E是二次侧的对地电容。则从图可知,二次侧的共模噪声电压UN2为



由于ZE是屏蔽层的对地阻抗,在低频范围内,,所以UN2→0.可见采取屏蔽措施后,通过变压器的共模干扰大大降低.

3、电气设备整机的屏蔽

电气系统的基本元件中有些元件对磁场非常敏感,有些对电场非常敏感,例如微电子器件在一定的静电作用下特别容易被烧毁,尤其是自然环境中,由雷电、大气电离、高压电力网往往引起很高的静电电压.如果不采取措施,电气系统将无法正常工作.因此在电磁干扰严重的场合就需要把电气设备整体用导电金属屏蔽体屏蔽起来,并可靠接地.在干扰特别严重的场合,还可采取双层屏蔽措施,内层用导电性能良好的金属(如铜或铝),外层用导磁性能良好的金属(如钢等合金).这种处理可基本把干扰降低到最低程度



回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|中国船舶网  

GMT+8, 2017-11-24 09:56

Powered by Discuz! X3.3

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表