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直流高压电源的扰乱及对策

  直流高压电源的干扰及对策高压静电除尘用整流设备的干扰及对策 (淄博骏马电子有限责任公司淄博张店山泉路中段)摘要:目前国内静电除尘用整流设备主要采用可控硅调压控制方 式,控制系统在使用中,经常遇到各种干扰影响其正常运行。本文主 要叙述该设备在应用中遇到的各种干扰现象及处理措施,提高设备的 抗干扰能力。关键词:硅整流噪声干扰耦合隔离 一、引言 经过国内电除尘从业人员三十多年的不懈努力,电除尘行业已成 为我国环保产业中唯一具有国际竞争力的行业。近几年国外著名电除 尘器制造商通过多种方式,进入中国市场,国内大型电除尘器制造商 也不断参加国际投标,抢滩国际市场,与国外电除尘器制造商同场较 量,使电除尘产业竞争愈趋激烈,这样,对电除尘器的设计及运行操 作等提出了越来越苛刻的要求。高压硅整流设备是电除尘器中最重要 的供电设备,它的性能直接影响电除尘器的除尘效率。 众所周知,到目前为止,电除尘用高压硅整流电源大多采用单相 工频380V/AC、50Hz 交流输入,经两个反并联可控硅调压,再由变压 器升压整流输出直流信号加到除尘器,控制有可控硅手动调压、微机 (单片机)自动调压、恒流源控制三种方式。可控硅调压控制方式的 优点是控制原理成熟,控制方式、功能比较完善,成本较低,但是它 对抗干扰要求非常高。恒流源控制是采用电抗器投入数量来实现调压的目的,对干扰要求差,但它笨重且成本高,故大容量高压硅整流电 源均采用可控硅 手动或自动调压控制方式,我们对在可控硅控制高压直流电源的研制和使用中遇到的各种干扰现象进行分析,同时对处理措施进行探 二、干扰的分类干扰的类型通常按噪声产生的原因、噪声传导模式和噪声波形性 质的不同进行划分。 1、按噪声产生的原因分类 (1)放电噪声 主要是雷电、静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点断开等 放电产生的干扰。 (2)高频振荡噪声 主要是中频电弧炉、感应电炉、开关电源、直流—交流变换器等 产生高频振荡时形成的噪声。 (3)浪涌噪声 主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调节器 的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流引起的噪声。 这些干扰对微机测控系统都有严重影响,必须认真对待,而其中 尤以各类开关分断电感性负载所产生的干扰最难以抑制和消除。2、 按噪声传导模式分类对于传导噪声,按其传导模式分为常模噪声和共模噪声。 (1)常模噪声 又称线间感应噪声或对称噪声,如图1 所示。噪声往返于两线之 为噪声源,R为受扰设备,Un 为噪声电压,噪声电流In 的路径往返于两条线)共模噪声 又称地感应噪声、纵向噪声、或不对称噪声,如图2 所示。噪声 侵入线路和地线间。噪声电流在两条线上各流过一部分,以地为公共 回路,而信号电流只在往返两条线路中流过。从本质上讲,这种噪声 是可以消除的。但是由于线路的不平衡状态,共模噪声会转换成常模 噪声。通常,输入、输出线与大地或机壳之间产生的噪声都是共模噪 声,信号线受到静电感应时产生的噪声也多为共模噪声。抑制共模噪 声的方法很多,如屏蔽、接地、隔离等。抗干扰技术在很多方面都是 围绕共模噪声来研究 其有效的抑制措施。 3、按噪声波形及性质分类 最为典型的是将噪声划分为持续正弦波和各种形状的脉冲波。(1) 持续正弦波 持续正弦波多以频率、幅值等特征值表示,如图3所示。 (2)偶发脉冲电压波形多以高幅值、前沿上升陡度、脉冲宽度以及能量等特征值表示。 例如雷击波、接点分断电压负载、静电放电等波形,如图4 所示。 (3)脉冲列 脉冲列多以最高幅值、前沿上升陡度、单个脉冲宽度、脉冲序列 持续时间等特征值表示,如接点分断电感负载、接点反复重燃过电压 等,如图5 所示。 4、干扰的耦合方式 噪声的传递几乎都是通过导线或者通过空间和大地传递的。 噪声的传递方式传递途径传递方式决定因素噪声表现方式 传导 线传导经导线模式侵入侵入线路常模噪声:叠加于往返两线之间的噪声共模噪声:叠加于线 路与地线之间的噪声电源线:从电源线路侵入的噪声信号线:从信号 输入、输出线侵入的噪声 控制线:从控制线侵入的噪声辐射辐射电磁场离电磁波 辐射源的波长 间感应平行配线和多静电感应:高阻抗电场静电耦合芯电缆等近距电磁感应:低阻抗磁场电磁耦合 离电磁场 (1)地线传导地线感应接地噪声地电流地线上出现的噪声电压静电耦合、电磁耦合:有地线侵入的噪声电导耦合:外电流流入裸线 天线效应:接地线成为天线,辐射出噪声共模噪声:接地点间的电位 差直接耦合方式 电导性耦合最普遍的方式是干扰信号经过导线直接传导到被干 扰电路中而造成对电路的干扰。 噪声源与信号源具有公共阻抗时的传导耦合。公共阻抗耦合一般发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时,一个电路在该阻抗的电 压降会影响到另一个电路。 (3)电容耦合方式 是指电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电反应,又称静 电耦合或电场耦合。电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都 存在着分部电容。如果某一导体上的信号电压(或噪声电压)通过分 部电容使其它导体上的电位受到影响,这样的现象就叫电容性耦合。 (4)电磁感应耦合方式 电磁感应耦合又称磁场耦合,任何载流导体周围空间中都会产生 磁场,若磁场是交变的,则对周围闭合回路产生感应电势。在设备内 部,线圈或变压器的漏磁是一个很大的干扰;在设备外部,当两根导 线在很长一段架设时,也会产生干扰。 (5)辐射耦合方式 电磁场辐射也会造成干扰耦合,当高频电流流过导体时,在该导 体周围便产生电力线和磁力线,并发生高频变化,从而形成一种在空 间传播的电磁波。处于电磁波中的导体便会感应出相应频率的电动势。 (6)漏电耦合方式 漏电耦合是一种电阻性耦合方式,当相邻的元件或导线间的绝缘 电阻降低时,有些信号就通过降低了的绝缘电阻耦合到逻辑元件的输 入端而形成干扰。 三、抗干扰措施1、采用硬件抗干扰技术 硬件抗干扰技术是设计系统的首选抗干扰措施,它能有效抑制干 扰源,阻断干扰传输通道,,只要合理的布置和选择有关参数,硬件 抗干扰措施就能抑制系统的绝大部分干扰。 我们在可控硅手动或自动调压产品设计中主要采取了以下硬件 抗干扰措施: (1)滤波及吸收措施 在控制柜的输出端加电抗器,控制电源中加交流滤波器,再在直 流工作电源中加上参数匹配的滤波电容,同时,在输出端并联压敏电 (2)隔离措施隔离目的是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来,使测控 装置与现场仅保持信号联系,但不直接发生电的联系。隔离的实质是 把引进来的干扰通道切断,从而达到隔离现场干扰的目的。测控装置 与现场信号之间、弱电与强电之间,我们采用的隔离方式是光电隔离 和变压器隔离。 光电隔离是由光电耦合器件完成的,其输入端配置发光源,输出 端配置受光器件,因而输入和输出在电气上完全隔离。开关量输入电 路接入光电耦合器件后,由于光耦的隔离作用,使夹杂在输入量中的 各种干扰脉冲都被挡在输入回路一侧。除此之外,还能起到很好的安 全保障作用,因为在光电耦合器的输入回路和输出回路之间有很高的 耐压值,达500V~1KV,甚至更高。由于光电耦合器不是将输入侧和输出侧的信号直接进行耦合,而是以光为媒介进行间接耦合,具 有较高的电气隔离和抗干扰能力。 在高压硅整流设备运行中,大部分的干扰都来自于电场内部闪络 放电时干扰,首先控制电源中采用隔离变压器,再者通过硅整流变压 KV 信号与控制部分的接口采用光电耦合器进行隔离,器采样的 mA、 使电场内闪络时,干扰信号无法通过地线) 接地措施 高压硅整流设备在使用中,要求除尘器的接地电阻小于2Ω,同 时要求硅整流变压器、控制柜、电场三者要一点可靠接地。也就是在 电场闪络放电时,瞬间增加的电流能被大地吸收。 (4)分别布线 因为很多干扰来自于导线之间的干扰,故要求mA、KV 信号线采 用屏蔽线且与硅整流变压器电源、振打、压力、温度等不能布在一根 铁管内,以免造成导线、采用软件抗干扰技术 尽管我们采取了硬件抗干扰措施,但由于干扰信号产生的原因很 复杂,且具有很大的随机性,难免保证系统完全不受干扰。因此,在 硬件干扰措施的基础上,采取软件抗干扰技术加以补充,作为硬件措 施的辅助手段,在软件设计中增加了数字滤波、信息传输过程的自动 四、结束语本文采取的抗干扰措施,在高压硅整流设备的模拟试验和现场使 用中,证明了其有效性和可靠性,保证了除尘器系统的正常运行。参 考文献: 王幸之等《单片机应用系统抗干扰技术》.北京航空航天大学出

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