智能化儀表的干擾模式及抑制措施

劉仲賢

(中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦124010)

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智能化儀表的干擾模式及抑制措施

劉仲賢

(中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦124010)

根據智能測量控制儀在三相異步電動機試驗過程中產生干擾的問題，介紹了串模干擾、共模干擾和電源干擾這3種干擾模式及判斷方法，并提出了抑制干擾的方法。通過實驗表明這些抗干擾的措施切實可行，取得了良好的效果。

儀表；干擾；抑制；措施

0　引言

智能化測量控制儀表在電機的試驗過程中得到了廣泛的應用，而電機試驗現場往往存在較嚴重的干擾現象，這些干擾有時會影響儀表的測量精度，嚴重時可能導致儀表不能正常運行。因此，為了保證在電機試驗過程中，儀表能夠準確的測量，必須要周密考慮和解決抗干擾的問題，本文就智能化測量控制儀表受到的各種干擾模式和應對措施做如下介紹。

1　干擾模式及特點

1.1串模干擾

串模干擾是指干擾電壓與有效信號串聯疊加后作用到儀表上，如圖1所示。串模干擾通常來自于高壓輸電線、與信號線平行鋪設的電源線及大電流電源線(例如低壓大功率電機和變頻電機試驗時電機使用的電源線)所產生的空間電磁場。由于數字化儀表與傳感器之間的信號線較長，有時長達100～200m。干擾源通過電磁感應和靜電耦合作用加上如此之長的信號線上的電磁感應電壓數值是相當可觀的。例如變頻電源的一路電源線與信號線平行敷設時，信號線上的感應電壓和靜電感應電壓可達到毫伏級，而來自傳感器的有效信號電壓的動態范圍通常只有幾豪伏甚至更小。除了信號線引入的串模干擾外，信號源本身固有的飄移，紋波和噪聲，以及電源變壓器不良屏蔽或穩壓濾波效果不良等也會引入串模干擾。

1.2共模干擾

共模干擾指的是同時加載在各個信號和接口端的共有的信號干擾，在信號線與地之間傳播，屬于非對稱性干擾。如圖2所示，被測信號Vs的參考接地點和智能化測量控制儀表輸入信號的參考接地點之間往往存在著一定的電位差，對于輸入通道的兩個輸入端來說，分別有Vs+Vcm和Vcm兩個輸入信號。顯然Vcm是儀表輸入端上共有的干擾電壓，故稱共模干擾電壓。

1.3電源干擾

電源干擾也可看成是串模干擾。除了串模干擾和共模干擾之外，還有一種干擾是從電源引入的，電源干擾一般有以下幾種：(1)是當同一電源系統中的可控硅器件通斷時產生的尖峰，通過變壓器的初級和次級之間的電容耦合到直流電源中去產生干擾。(2)是附近的斷電器動作時產生的浪涌電壓，由電源線經變壓器極間電容耦合產生的干擾。(3)是公用一個電源的附近設備接通或斷開時產生的干擾。

2　干擾的判斷

由于串模干擾、共模干擾及電源干擾的模式不同，采取的濾波方式也不同。因此，要有效的抑制干擾，必須要先判斷干擾的模式。根據干擾的定義來判斷干擾模式的方法做如下介紹。

2.1從干擾源判斷

雷電及附近產生的電弧，附近的電臺或其他大功率的輻射裝置在電纜上產生的干擾是共模干擾。在同一路電力線上工作的用電設備、開關電源、可控硅等產生的干擾是電源干擾。

2.2從頻率上判斷

串模干擾及電源干擾一般頻率較低，主要集中在1MHz以下，共模干擾主要集中在1MHz以上。這是由于共模干擾是通過空間感應到信號線上的，這種感應只用在高頻時才能發生。但也有一種例外，當信號電纜在很強的電磁場的附近通過時，也會產生頻率較低的共模干擾。

2.3用儀器測量

使用電源頻譜分析儀和電流卡鉗，測量并記錄下信號線或地線上某個頻率點處f0的干擾幅度。然后將卡鉗同時卡住信號線和地線。如此時在頻率點f0處的干擾消失，說明頻率點f0處的干擾完全是差模干擾，其中不含共模成分。若還能觀察到頻率點f0處的干擾，則說明干擾中包含共模干擾的成分。

如要判斷f0處是否僅含有共模成分，可將卡鉗分別卡住信號線和地線。如兩根線上側的的干擾幅度相同，則說明f0處干擾中僅含共模干擾成分；若不相同，則f0處干擾中還包含差模成分。

3　干擾的抑制方法

3.1串模干擾的抑制

串模干擾的抑制能力用串模抑制比NMR來衡量

(1)

式中，Vnm—串模干擾電壓；Vnm1—儀表輸入端由串模干擾引起的等效差模電壓。

智能化測量控制儀表中，主要的抗串模干擾方法是用低通輸入濾波器濾除交流干擾，而對直流串模干擾則采取補償措施。如圖3所示，儀表的輸入濾波器通常都采用RC(阻容)濾波器，在選擇電阻和電容參數時除了要滿足NMR指標外，還要考慮信號源的內阻抗。兼顧共模抑制比和放大器動態特性的要求，常用2級阻容低通濾波器網絡作為輸入通道的濾波器。它可使50Hz的串模干擾信號衰減至1/600左右。而該濾波器的時間常數小于200ms。

用雙積分式A/D轉換器可以消弱周期性的串模干擾。因為此類轉換器是對輸入信號的平均值而不是瞬時值進行轉換，所以對周期干擾具有很強的抑制能力。而對于主要來自于電磁感應的串模干擾，則應盡可能早地對被測信號進行前置放大，以提高回路中的信號噪聲比，或者盡可能早地完成A/D轉換或采取隔離屏蔽措施。

3.2共模干擾的抑制

共模干擾的抑制能力用共模抑制比CMR表示

(2)

式中，Vcm—共模干擾電壓；Vcm1—儀表輸入端由共模干擾引起的等效差模電壓。

3.2.1共模干擾是一種常見的干擾源，采用雙端輸入的差分放大器作為輸入通道的前置放大器，是抑制共模干擾的有效方法。設計比較完善的差分放大器，在不平衡電阻為1kΩ的條件下，共模抑制比CMR可達100～160dB。

3.2.2也可以利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負載與數字信號隔離開來，也就是把模擬與數字斷開。被測信號通過變壓器耦合或光電耦合獲得通路。而共模干擾由于不成回路而得到有效的控制。如圖4所示。當共模干擾電壓很高或要求共模漏電流很小時，常在信號源與儀表的輸入通道之間插入隔離器。

3.2.3還可以采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾，如圖5所示。這是利用屏蔽方法使輸入信號的模擬地浮空。從而達到抑制共模干擾的目的。

圖中Z1和Z2分別為模擬地與內屏蔽罩之間和內屏蔽罩與外屏蔽罩(機殼)之間的絕緣阻抗，它們由漏電阻和分布電容組成，所以阻抗值很大。用于傳遞信號的屏蔽線的屏蔽層和Z2為共模電壓Vcm提供了共模電流Icm1的通路。由于屏蔽線的屏蔽層存在電阻RC，因此，共模電壓Vcm在RC上會產生較小的共模信號，它將在模擬量輸入回路中產生共模電流Icm2，而Icm2會在模擬量輸入回路中產生串模干擾電壓。由于RC≤Z2,Zs≤Z1，故由Vcm引入的串模干擾電壓是非常微弱的，所以只是一種非常有效的共模干擾控制措施，已得到廣泛的應用。

3.3電源干擾的抑制

為了抑制電網干擾所造成的電機試驗站控制及測量用穩壓電源的波動，可以采取如下措施。

3.3.1采用能抑制交流電源干擾的計算機系統電源，如圖6所示。

圖中，電抗器用來抑制交流電源線上引入的高頻干擾，讓50Hz的基波通過；變阻二級管用來抑制進入交流電源線上的瞬時干擾；隔離變壓器的初、次級之間加有靜電屏蔽層，從而進一步減少進入電源的干擾。該交流電壓在經過整流、濾波和直流電子穩壓后可將干擾抑制倒最小。

3.3.2不間斷電源UPS也是一種不錯的選項。它除了有很強的抗電網干擾能力外，更主要的是萬一電網斷電，它能以極短的的時間后備電源上去，以便操作人員及時處理電源故障或采取應急措施。在要求很高的控制場合通常都采用UPS。

4　結語

智能化測量控制儀表在測量三相異步電動的電氣測量過程中會遇到干擾，干擾信號主要通過三個途徑進入儀表內部，即電磁感應、傳輸通道和電源線。一般情況下，經電磁感應進入儀表的干擾在強度上遠遠小于從傳輸通道和電源線進入的干擾，對于電磁感應干擾可采用良好的“屏蔽”和正確的“接地”加以解決。所以，抗干擾措施主要是盡量切斷來自傳輸通道和電源線的干擾。只有這樣才能取得良好的抗干擾效果

[1]湯蘊璆，羅應立.電機學(第三版).北京：機械工業出版社，2008.5.

[2]王強，陳金剛.三相異步電動機絕緣強度測試解析.防爆電機，2012.5.

[3]鄭春兵.三相異步電動機繞組匝間絕緣介電旨度試驗分析.防爆電機，2011.4.

Interference Mode and Suppressing Measures of Intelligent Instruments

Liu Zhongxian

(ChinaPetroleumLiaoheEngineeringCo.,Ltd.Panjin124010,China)

Based on the interference problem of intelligent measuring control instrument produced in the test process of three-phase induction motor, this paper introduces three kinds of interference modes (i.e. series mode interference, common mode interference and power supply interference), judgment methods and suppressing measures for them. Experiments show that these anti-interference measures are feasible. The good results have been achieved.

Instrument；interference；suppression；measure

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.04.12

TM306

B

1008-7281(2016)04-0036-003

劉仲賢男1978年生；畢業于大連理工大學機械設計制造及自動化專業，現從事工程物資采購管理工作.

2016-04-07