電網(wǎng)智能模糊控制器的干擾源分析

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】電網(wǎng)智能模糊控制器的干擾源分析1引言

各種控制裝置，正向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展，使計(jì)算機(jī)硬件、軟件設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，致使裝置對(duì)電磁騷擾具有更明顯的敏感性和脆弱性。設(shè)備工作在電磁環(huán)境極其惡劣的變電站中，電磁兼容水平、可靠性等因素對(duì)裝置的安全、穩(wěn)定工作是極其重要一方面。我們?yōu)楦邏洪_關(guān)柜設(shè)計(jì)的溫濕度及計(jì)數(shù)控制器由于應(yīng)用于高電壓及復(fù)雜電磁環(huán)境場合，必須解決電磁兼容問題才能保證設(shè)備的安全運(yùn)行，本文主要是研究如何提高裝置的抗電磁干擾性能。

國內(nèi)生產(chǎn)的高壓開關(guān)柜內(nèi)部仍然采用模擬電路構(gòu)造的簡易溫濕度測(cè)控裝置，高壓開關(guān)動(dòng)作的計(jì)數(shù)裝置仍然采用機(jī)械式構(gòu)造。溫濕度測(cè)控裝置的測(cè)點(diǎn)單一，而且一般在裝置內(nèi)部，精度低，無讀數(shù)，高壓開關(guān)動(dòng)作計(jì)數(shù)部件技術(shù)含量及可靠性低。針對(duì)以上問題設(shè)計(jì)的模糊控制器集計(jì)數(shù)器與溫濕度控制器于一身，控制單元采用穩(wěn)定性較高的AVR單片機(jī)，可高速檢測(cè)兩路高精度溫度傳感器及兩路濕度傳感器；高壓開關(guān)動(dòng)作次數(shù)采用兩路電子式記錄。

系統(tǒng)框圖如下：

圖1溫濕度控制器系統(tǒng)框圖

2系統(tǒng)外部騷擾源抗干擾設(shè)計(jì)

系統(tǒng)外部騷擾源主要有以下幾種類型：

a)高壓回路中操作隔離開關(guān)及斷路器引起的電氣暫態(tài)現(xiàn)象。

b)高壓裝置產(chǎn)生的工頻電場和磁場。

c)接地系統(tǒng)中的短路電流引起的電位升。

d)雷電引起的電氣暫態(tài)現(xiàn)象。

e)由于低壓設(shè)備開合操作引起的快速瞬變干擾。

f)靜電放電。

g)由于設(shè)施內(nèi)部其它電氣或電子設(shè)備產(chǎn)生的高頻傳導(dǎo)和輻射騷擾。

2.1防靜電放電(ESD)干擾。

作為設(shè)備的外殼端口，任何暴露部分都可能發(fā)生靜電放電。常見的情況是在鍵盤、控制部件、外界電纜等部位或在直接接觸的金屬構(gòu)件表面發(fā)生靜電放電。靜電向附近導(dǎo)體(可以是設(shè)備本身上的非接地金屬板)的放電產(chǎn)生很大的局部瞬態(tài)電流，這個(gè)電流通過電感或公共阻抗禍合到設(shè)備中產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果它流過數(shù)字設(shè)備時(shí)，很可能使數(shù)字電路發(fā)生誤動(dòng)作。

靜電放電保護(hù)措施:全部采用塑料外殼。面板使用覆膜按鍵。機(jī)箱良好接地。

一般來說只要注意接地及機(jī)箱構(gòu)造設(shè)計(jì)，裝置就能夠順利通過靜電放電干擾試驗(yàn)。

2.2防輻射電磁場干擾。

輻射電磁場干擾對(duì)集成電路型裝置影響較大，但是，輻射電磁場干擾對(duì)本裝置影響較小。很多是由于開關(guān)電源在施加輻射電磁場干擾時(shí)不能夠穩(wěn)壓引起的問題。本裝置并沒有采用開關(guān)電源，在輻射電磁場干擾措施上只采取了在機(jī)殼內(nèi)部覆蓋鋁膜的方法，通過了1V/m,3V/m及10V/m三種場強(qiáng)等級(jí)的試驗(yàn)。

2.3抗1MHz和100kHz衰減振蕩波干擾。

1MHz和,1OOkHz衰減振蕩波干擾主要是模擬變電站的高壓母線的開關(guān)操作出現(xiàn)隔離刀閘的和、分操作引起的陡波瞬態(tài)，屬于“阻尼振蕩瞬態(tài)脈沖群(阻尼振蕩波)”。1MHz和100kHz脈沖群干擾通過傳導(dǎo)、電容藕合及磁場禍合等方式影響裝置。只要在各個(gè)電源、信號(hào)及控制線端口對(duì)大地參加耐壓值較高的0.1uf或0.01uf解藕電容，構(gòu)成瀉放回路，即可從共模、差模兩個(gè)方面抑制此種瞬態(tài)騷擾。

2.4抗浪涌(沖擊)干擾。

浪涌呈脈沖狀，其波前時(shí)間為數(shù)微秒，脈沖幅度從幾百伏到幾萬伏是一種持續(xù)時(shí)間長、能量較強(qiáng)的騷擾。浪涌騷擾可能會(huì)影響電子設(shè)備的工作，甚至?xí)龤г骷ｋ娮釉O(shè)備只能依靠過電壓保護(hù)或浪涌保護(hù)器件來抑制浪涌騷擾，通過浪涌保護(hù)器件動(dòng)作將浪涌電流瀉放至大地。我們?cè)陔娫唇涌诓捎锰砑覶VS瞬態(tài)抑制管的方法取得了滿意的結(jié)果。

2.5抗快速瞬變脈沖群干擾。

瞬變騷擾是電磁兼容試驗(yàn)中難通過的，新標(biāo)準(zhǔn)取消了2.5KHz脈沖重復(fù)頻率，而增加了100KHz脈沖重復(fù)頻率，因此，新的標(biāo)準(zhǔn)把測(cè)試頻率提高，其本質(zhì)上也是將試驗(yàn)的嚴(yán)酷程度有所提高。

瞬變騷擾的起因是多種多樣，如開關(guān)動(dòng)作、電網(wǎng)故障、自然現(xiàn)象等。電源回路瞬態(tài)包括差模及共模兩種形式。差模尖峰電壓往往有較慢的上升時(shí)間和較高的能量，為了防止輸入電路損壞，對(duì)瞬變干擾采取以下措施:使所有外界接口在空間上相互靠近；用光電藕合器隔離敏感信號(hào)接口；電源接口添加TVS瞬態(tài)抑制管。

2.6試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)施以上措施后根據(jù)IEC61000標(biāo)準(zhǔn)開展的試驗(yàn)結(jié)果如下表1。

雖然通過了大部分的電磁兼容試驗(yàn)，但在快速瞬變脈沖群干擾試驗(yàn)中出現(xiàn)了暫時(shí)性的功能喪失，經(jīng)過查找原因，應(yīng)是通過電源接口竄入的干擾。在電源端口加裝濾波器抑制30MHz以下頻率范圍的噪聲，用鐵氧體磁性材料抑制高頻電磁干擾是經(jīng)濟(jì)簡便而有效的方法，插入損耗和抑制元件的阻抗有如下關(guān)系：

由上式可見，在源阻抗和負(fù)載阻抗一定時(shí)抑制元件的阻抗越大，抑制效果越好。在低頻時(shí)，鐵氧體損耗電阻較小，主要是感抗起作用。在高頻端，鐵氧體損耗起主要作用。低頻時(shí)，干擾信號(hào)被反射而受到抑制，在高頻端，干擾信號(hào)被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能。經(jīng)過改良順利通過了快速瞬變脈沖群干擾試驗(yàn)。

3系統(tǒng)內(nèi)部騷擾源抗干擾設(shè)計(jì)

系統(tǒng)內(nèi)部騷擾源主要有：

a)公共電源這是典型的傳導(dǎo)干擾源,由于電源內(nèi)阻不為零,尤其是在高頻頻段,電源除向設(shè)備提供有用的電能外,也提供了無用的成分。

b)PCB板上的震蕩器、時(shí)鐘電路、地址總線的低位數(shù)據(jù)線等所產(chǎn)生的周期信號(hào)

是產(chǎn)生輻射強(qiáng)的信號(hào)。

c)因?yàn)樾酒壿嬮T的輸出狀態(tài)發(fā)生變化，電源線和地線上會(huì)有電流突變(可能引起較強(qiáng)的電磁輻射)，所以電源線和地線上的電感可以引起的PCB板上電源線和地線上的噪聲電壓。電源線和接地線產(chǎn)生串?dāng)_和公共阻抗噪聲。

3.1電源的抗干擾措施

主機(jī)電路與外圍電路采用不同的電源供電,分散的獨(dú)立功能的模塊分別供電,每個(gè)模塊上可分別再通過三端穩(wěn)壓塊(7805,7812等)穩(wěn)壓.主機(jī)電路的穩(wěn)壓塊外加較好的濾波電路和隔離電路.

3.2電路板的抗干擾措施

印制電路板的布局與設(shè)計(jì)是否合理對(duì)系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要,這里是噪聲的產(chǎn)生、傳播和吸收的關(guān)鍵部位,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)主要有3項(xiàng)。

(1)印制板的尺寸、布線與分區(qū)要合理。尺寸過大使銅皮走線過長,噪聲影響加大,過小則影響散熱,且使平行布置的導(dǎo)線間的干擾加大。在布線時(shí)應(yīng)盡量減小線路所包圍的面積,以降低寄生耦合所產(chǎn)生的電磁干擾;同時(shí)注意防止出現(xiàn)大的環(huán)形,拐彎應(yīng)有弧度,用地線屏蔽信號(hào)線等。在設(shè)計(jì)電路板時(shí),應(yīng)將模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)和功率驅(qū)動(dòng)區(qū)合理分開,減少相互間的干擾。IO驅(qū)動(dòng)器件和功率放大器應(yīng)盡量靠近印制板的邊緣及引出的接插件。在印制板上,地線、電源線及重要的信號(hào)線要盡量粗,信號(hào)線的過孔要盡量少,噪聲敏感線不與高速線和大電流線平行,從高噪聲區(qū)來的信號(hào)要加濾波,每個(gè)IC元件要加一個(gè)去耦電容。印制板用的片狀濾波器,其引出線需套EMI吸收珠后再串接于需要抑制干擾的線路中。

(2)接地要科學(xué).在設(shè)計(jì)地線時(shí)首先應(yīng)將地線開展分類,對(duì)低頻電路采用一點(diǎn)接地,對(duì)高頻電路采用多點(diǎn)接地,同時(shí)數(shù)字電路與模擬電路應(yīng)分別接地;噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些,同時(shí),在每一個(gè)元件的電源輸入端與地之間接一去耦電容以濾去噪聲干擾,在重要的信號(hào)線兩側(cè)加上保護(hù)接地。地線、電源線要盡量粗,整個(gè)電路板要按照單點(diǎn)接電源單點(diǎn)接地的原則送電。

(3)輸入輸出的隔離與屏蔽要開展規(guī)劃。輸入輸出信號(hào)可加上光電耦合器予以隔離,防止外圍器件動(dòng)作產(chǎn)生的回流沖擊系統(tǒng)電路。

3軟件的抗干擾技術(shù)

除硬件的抗干擾設(shè)計(jì)外,軟件的抗干擾措施也能大大提高系統(tǒng)的防御能力,是防止和消除整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)故障的重要途徑。鑒于介紹這方面的文獻(xiàn)較多，這里不再詳細(xì)介紹其原理。在編制系統(tǒng)程序時(shí)我們主要采用了以下幾種軟件抗干擾技術(shù)：指令冗余，軟件陷阱，EEPROM中的數(shù)據(jù)保護(hù)及自動(dòng)恢復(fù),看門狗程序。

4結(jié)論

經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)誤動(dòng)和計(jì)數(shù)混亂現(xiàn)象。通過對(duì)本設(shè)備的電磁兼容的研究，為設(shè)計(jì)在惡劣環(huán)境中應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)提供了非常實(shí)用的參考依據(jù)。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn):