某渦軸發(fā)動機車臺共模干擾信號的分析與研究

摘 要 在航空發(fā)動機試驗車臺信號多且信號復雜，經(jīng)常出現(xiàn)干擾問題，制約著發(fā)動機的研制，本文針對某渦軸發(fā)動機車臺的一次共模干擾引起的超轉保護儀誤動作現(xiàn)象，通過多方面數(shù)據(jù)分析排故，分析共模干擾問題，給出解決共模干擾問題的途徑，為以后的試驗干擾排故提供參考經(jīng)驗。

關鍵詞 共模干擾;分析;抗干擾技術

引言

航空發(fā)動機試驗現(xiàn)場條件多變，干擾源產(chǎn)生的干擾也往往以不同的形式出現(xiàn)，但基本上可歸為差模干擾和共模干擾兩大類。所謂差模干擾是指作用在信號之間電壓，共模干擾是指兩輸入端對公共地所共有的電壓。

1 車臺共模干擾信號案例分析

1.1 故障現(xiàn)象

某渦軸航空發(fā)動機在車臺試車過程中在控制器無任何動作其他系統(tǒng)都正常的情況下，超轉保護儀發(fā)出超轉保護信號，發(fā)動機大狀態(tài)超轉停車現(xiàn)象。

1.2 原因分析

控制器無任何動作，超轉保護儀發(fā)出超轉保護信號給臺面的PLC進行切油停車。根據(jù)這一現(xiàn)象建立圖1故障樹。根據(jù)故障樹進行進一步排查分析[1]。

（1）發(fā)動機異常排查分析

發(fā)動機超轉停車，首先需對對車臺試驗數(shù)據(jù)進行分析，同時安排了對發(fā)動機進行孔探儀檢查。

1）車臺動態(tài)數(shù)據(jù)分析

動態(tài)測試采用的DEWETRON測試儀進行實時的瞬態(tài)參數(shù)記錄，從動態(tài)波形顯示來看，發(fā)動機異常時壓氣機出口出現(xiàn)較大波動，最大波動量為88kPa。

2）振動數(shù)據(jù)情況分析

從振動數(shù)據(jù)分析得到，振動幅值在異常前后及異常時未發(fā)生明顯陡增，主要為（0-150）Hz低頻振動陡增導致振動總量增大。

3）發(fā)動機孔探情況

發(fā)動機本體未見明顯異常

通過動態(tài)、振動試驗參數(shù)的分析，結合發(fā)動機孔探情況可排除是發(fā)動機本身問題引起的超轉保護儀動作引發(fā)的停車問題。

（2）超轉保護儀故障排查分析

超轉停車后對超轉表記錄的60個超轉值進行檢查記錄，核對超轉保護儀設置的傳動比、超轉值停車值是否跟技術通知單一致;檢查轉速測試系統(tǒng)中的傳感器、線路、二次儀表是否正常;與車臺的PLC聯(lián)調;檢查完畢排除超轉保護儀異常故障。

（3）車臺干擾導致的誤報警故障排查分析

該車試驗臺建臺時間比較早，使用年限較長，有些隔離接地的措施沒有到位，所以干擾問題比較明顯。各測試專業(yè)組為了更好消除干擾問題，對各自的測試子系統(tǒng)采用的不同的接地方式。發(fā)動機間與測試間的接線方式如圖2所示。虛線是本次車臺試驗新增部分，測試人員利用三通把動態(tài)測試的轉速信號接入示波器然后示波器接入振動測試專業(yè)插座，接入插座后打開示波器開關按鈕，隨后超轉保護儀發(fā)出停車信號，發(fā)動機隨即停車。在示波器回路出現(xiàn)多點接地，“兩地”電位差必然引入干擾源。可見此次車臺超轉報警停車是由車臺干擾引發(fā)的誤停車。

2 共模干擾

由于該車臺試驗發(fā)動機試驗間的地與訊號地直接往往有幾十米的距離，在兩地之間往往存在一個電位差。這就是共模電壓。它可能是直流電壓，也可能是交流電壓，其數(shù)值可達幾伏也可能是幾十伏，這種干擾電壓的引入必定會嚴重地影響信號測量的正確性[2]。

如圖2所示，車臺振動測量子系統(tǒng)中振動傳感器和發(fā)動機共地，振動傳感器信號進入的是不帶隔離功能Enderco6634C電荷放大器，該儀器采用的是“浮地”方式，也就是電荷放大器與地絕緣，以切斷共模干擾電壓的泄漏途徑，使干擾無法進入。對應的插座也做了相應的處理，故振動測試子系統(tǒng)抗干擾能力很強。而在動態(tài)測試系統(tǒng)中采用的是在傳感器端“浮地”，在這次排故中將示波器接到振動測試子系統(tǒng)中的插座上，因而出現(xiàn)了多點接地，由于存在地電位差，因此產(chǎn)生共模干擾，通過測量系統(tǒng)形成對地的泄漏電流，漏電流通過電阻的耦合就能直接作用于超轉保護儀，產(chǎn)生干擾導致超轉保護儀保護停車。

3 抗共模干擾措施

為了有效抑制共模干擾，正確的接地是唯一的途徑;此外還提高二次儀表的干擾能力，如采用差分輸入。

3.1 正確的接地

接地技術是抑制干擾的有效技術之一，可分為保護接地，屏蔽接地和信號接地，測量系統(tǒng)的共模誤差主要是由于共模電壓引起的線路中的電流造成的，特別是地電位引起的地回路電流。所以，接地的一個基本原則就是單點接地。單點接地不會形成回路，因而也不會造成共模誤差。單點接地不僅是指通過導線連接，而且要盡量放在接地點以外的任何電阻、電容或電感耦合[3]。

單點接地原則不僅對信號線適用。而且對信號線的屏蔽層也應遵守。如果導線的屏蔽有一個以上的接地點，由于地電位差也會在屏蔽層產(chǎn)生電路，因而通過它與芯線的電容也會在芯線上耦合出干擾電壓。所以，屏蔽也應選擇適當?shù)慕拥攸c。

3.2 提高儀表的抗干擾能力

車臺的超轉保護儀屬于我所自主研制的儀表，車臺儀表應根據(jù)車臺發(fā)動機型號選擇濾波，在信號輸入端采用阻容濾波， 是一種簡易而較有效的方法。具體數(shù)值我們可根據(jù)現(xiàn)場的干擾情況（干擾源的頻率）通過試驗而定，從而確定所設計的濾波環(huán)節(jié)的濾波能力。在前兩種方法都無法抑制干擾的情況下，有時必須對儀表進行抗干擾改造，比如增加隔離模塊，降低系統(tǒng)的靈敏度，提高系統(tǒng)的門檻電壓等[4]。

4 結束語

在現(xiàn)有的車臺建設中，車臺建設中已盡可能采用抗干擾措施進行抗干擾，但干擾源的存在過于廣泛，而且具體指出實際存在的干擾途徑都是極其困難的。解決干擾的問題途徑很多，很多時候需要多嘗試，尋找出最終找到解決車臺干擾問題的途徑。在航空發(fā)動機的發(fā)生故障應充分利用測量數(shù)據(jù)分析問題，根據(jù)實際情況靈活的解決問題，保障航空發(fā)動機的研制。

參考文獻

[1] 鄭良廣，王飛，侯曉偉.傳導性電磁兼容干擾信號自動處理研究[J].電子設計工程，2018（3）：125-128.

[2] 單曉明，黃金泉，周文祥，等.渦軸發(fā)動機性能在線監(jiān)測技術研究及試驗驗證[J].航空動力學報，2013（4）：9-17.

[3] 張勝曹.儀表的干擾來源及抗干擾措施[J].工程技術，2008（31）：66-67.

[4] 樊錫德.用差分放大器消除多地接地系統(tǒng)的共模干擾[J].電子與自動化，1994（3）：38-39.

作者簡介

徐蕾璐（1987-），女，江西省吉安市人;學歷：碩士研究生，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：中國航發(fā)湖南動力機械研究所，研究方向：航空發(fā)動機動態(tài)測試。