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西门子电气设备外部噪声的抗干扰技术
发布时间:2022-01-20        浏览次数:27        返回列表
 西门子电气设备外部噪声的抗干扰技术
 一、干扰的产生和传递

1、干扰的产生               (西门子S7-1200系列PLC)

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.
6ES7153-2BA10-0<em></em>xB0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:
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                (西门子S7-1500系列PLC)

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

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.


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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***基本的低通滤波器.

t218-2.gif (2423 bytes)

图2 几种典型的低通滤波器

2、对信号线上干扰的抑制

1.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.
6ES7317-2EK14-0AB0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.

2、设置滤波、整形、延时电路、避开干扰。

(1)滤波器具有选频特性对经传导耦合的干扰是一种有效的技术防护措施。对交流电源进线加装滤波器,可抑制中波段高频干扰:还可抑制电源波形失真干扰:对直流可分别滤除高、低频干扰成分;在各个信号线的输入端采用滤波电路,既可防高、低频干扰信号的侵入,又可抑制过电压及触点抖动造成的干扰。

(2)采用高噪声容限的电路,并适当提高电路的门槛电压(如比较器的基准电压),可避开一些低幅干扰。3)对持续时间短的脉冲于扰,在不影响操作运行质量的前提下,采用延时元件或积分门限元件也可有效避开干扰

3、采用隔离措施、屏蔽措施。

(1)采用电隔离装置传递开关信号,可有效防止干扰的直接引入。常用的隔离器有电磁隔离和光电隔离。

6ES7153-1AA03-0<em></em>xB0(2)将产生电磁干扰的设备和电子设备的金属外壳可靠接地使之成为与地等电位的屏蔽体:污染严重者,可将整个

机房屏蔽。

(3)电源变压器、电压(电流)互感器、冲击继电器等应在一二次绕组间加装屏蔽层(单层或双层),抑制电网的工频干扰。原边侧屏蔽接地,副边侧屏蔽接零。若将铁芯也同时接地,效果更佳。

(4)信号、控制线路的屏敝电缆(或电缆沟)与脉冲功率的屏敝电缆分设。电缆屏蔽层的接地原则上采用一端接地

法。对可能接受强过电压而危及设备安全的屏蔽电缆,也可采用一端接地法,但要保证流过电流不可过大,以防破坏

屏蔽层。