调频电源谐振装置抗干扰探讨

　　1引言
　　可输出高电压、带负载能力强、适合电力现场作业的，多用于耐压及局放试验的大型调频电源谐振装置由于本身工作原理及工作环境，在工作过程中，常常因为电磁干扰、高频干扰等等干扰现象，造成数据失真，甚至引起设备损坏，应引起我们的重视。为此，如何使调频电源谐振装置在其所处的工作环境中，能够正常的工作，且对该环境中工作的其它设备或系统不造成不可承受的干扰，是在研发、改进及使用过程中一项及其重要的研究课题。
　　 
　　2主要干扰源及耦合方式
　　2．1主要干扰源
　　调频电源谐振装置由于工作原理本身就是一个电磁干扰源，在正常和故障情况下都易产生各种电磁干扰、高频干扰。而且调频电源谐振装置的工作环境基本以变电站、高压实验室为主，这些环境本身也是个大磁场，干扰源也很多。
　　2．2干扰传播途径
　　1、电磁干扰
　　电磁干扰途径可分为电场耦合、磁场耦合和电磁场辐射。电磁干扰总是以电磁场的形式存在的。现场不可能存在完全的电场或完全的磁场。不过在近场范围内(离干扰源的距离小于最高干扰频率的波长的0．167倍)，可以认为高电压的作用产生电场，大电流的作用产生磁场。这样的简化已足够精确。在远场范围内，干扰源的发射应看成是电磁波传播。调频电源谐振装置因为工作原理和工作环境，电磁干扰的原因有很多，在下文简略阐述。干扰波形如图1、图2。
　　图1图2
　　(1)电场耦合(电容耦合)
　　任何电气设备之间都存在分布电容。在变电站中还有补偿电容、耦合电容、电容式电压互感器等电容性元件。某一导体上的电压通过这些电容影响其它导体上的电位。这就是所谓的传导型干扰。
　　(2)磁场耦合(电感耦合)
　　载流导体产生的交变磁场会在其周围闭合电路中产生感应电势。
　　(3)电磁辐射干扰
　　辐射干扰是指强电系统产生的高频电磁干扰的辐射能量通过空间电磁波的形式传播到弱电系统中并产生干扰，随弱电系统电缆接地方式的不同而形成共模干扰或差模干扰。这是调频电源谐振装置的主要干扰途径之一。
　　(4)公共阻抗耦合
　　这是指因公共地线上流过电流产生的电位差对信号造成的干扰。当雷击电流或短路电流流入地网时，尽管地网电阻很小，但毕竟不为零，因而将使地电位升高，且接地网上不同点的电位也不同，这将使接在地网不同点设备的地电压也不同。这也是调频电源谐振装置的主要干扰途径之一。
　　2、自激振荡
　　图3
　　由于功率放大电路多为多级功放电路，级间存在着许多干扰，若未采取屏蔽措施，这些干扰将通过电源内阻和接地线内阻产生自激振荡，出现了图3中的干扰信号。
　　3屏蔽及电子屏蔽原理
　　3.1屏蔽定义
　　屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
　　3.2电磁屏蔽原理
　　电磁屏蔽是用屏蔽导体阻止电磁场在空间传播的一种措施。它采用低电阻的导体材料，并利用电磁波在屏蔽导体表面产生反射以及在导体内部产生吸收和多次反射而起到屏蔽作用的，其目的是为了有效地阻止电磁波从一侧空间向另一侧空间传播。用于电磁屏蔽的屏蔽效能由下式表示：
　　SE(总屏蔽效能，dB)=R+A+B
　　式中，R(反射损耗)的取值如下：
　　平面波：
　　磁场波：
　　电场波：
　　A(吸收损耗)=1.314
　　B（反射损耗）
　　=
　　式中，为相对磁导率；为相对电导率；为频率(Hz)；为屏蔽材料厚度(cm)；为干扰源到屏蔽体的距离(cm)。
　　由上述公式可以看出，材料的相对电导率和相对磁导率对提高电磁屏蔽效能有直接的影响。公式是把屏蔽体看成是一个结构上完全密闭的金属壳体，电器上连续均匀无孔隙，是一理想的完整屏蔽体，很容易取得lOOdB以上的屏蔽效能。但在实际的电子系统和电子设备中这种理想的完整屏蔽体是不存在的，常常达不到这种衰减，任何实际应用的屏蔽体都有各种必要的孔和缝的泄漏，由此屏蔽效能的表达式变为：
　　SE(总的屏蔽效能，dB)=R+A+B-泄漏效应
　　此公式可以看出，总屏蔽效能还取决于电磁波的泄漏。通过一种或多种的泄漏，损害了屏蔽材料的完整性，大大降低了屏蔽效能。
　　4电磁屏蔽的具体措施
　　上文提到了理想屏蔽体的概念，但是由于实际的调频电源谐振装置，均有接缝及孔隙等电器不连续因素，而屏蔽设计的关键是如何抑制电磁能量从缝隙、通风孔、表头、开关、指示灯、输入输出连接器等因素中的泄漏，使屏蔽效能尽量得以恢复到接近理论计算值。为了抑制以上诸因素引起的干扰，一般采取如下相应的措施。
　　4．1缝隙的屏蔽
　　缝隙是最常见的泄漏途径，由于屏蔽体连接处接合表面不平，都会在接合处留下一些细长的缝隙。
　　调频电源谐振装置的屏蔽体机柜与机柜的侧板和面板、柜体与柜体的盖板等，当这些缝隙长度达0．01或更长时，就会引起电磁能量的大量泄漏，在缝隙尺寸不变的情况下，随着频率的提高，缝隙泄漏的影响就越大。因此被屏蔽的场频越高，就越要尽可能减小屏蔽体的缝隙。
　　4．2通风孔的屏蔽
　　为了满足被屏蔽对象（调频电源装置）的通风散热要求，必须在屏蔽体上开通风孔。孔的泄漏与多种因素有关，如离开场源的距离、电磁场的频率、开孔的面积和开孔的形状等。对于某一具体场源而言，泄漏将随着孔的面积增加而增加，在开孔面积相同的情况下，长方形的孔比正方形的泄漏大．正方形的孔比圆孔泄漏大。一般在不同的频率要求下．屏蔽效能的高低，采用的结构形式不同。
　　(1)通风孔覆盖金属丝网
　　采用环形压圈通过紧固螺钉把金属丝网安装在屏蔽体的通风孔上。如果网孔密、网丝粗及网丝的导电性能好，则网的屏蔽效能就高。一般在100kHz到100MHz的频段内，铜网有较高的屏蔽效能，如果采用双层铜网，中间处加防尘材料进行滤尘，则屏蔽效能可更高。
　　(2)穿孔金属板作通风孔
　　当工作频率比较低，对屏蔽效能要求不甚高时，用许多小孔代替大口径的通风孔是提高屏蔽体屏蔽效能的有效方法，它可以直接在屏蔽体上开许多小孔进行通风散热。与金属丝网相比，其特点是屏蔽性能稳定，因为它不存在金属丝网固有的网丝交叉点接触电阻不稳定的问题，具有结构与工艺简单，成本低等优点。
　　4.3电缆连接器的屏蔽
　　连接器也是引进干扰的一条途径，它们的屏蔽效能往往是影响电子设备整体电磁密封性能的重要因素之一。从屏蔽效能看，螺纹式的连接器高于卡口。1GHz可达70dB。后者小于30dB。
　　4.4安装滤波和隔离变
　　滤波是压缩干扰频谱的一种有效方法，当干扰频谱不同于有用信号的频带时，可以用滤波装置将干扰滤除，恰当地选择和正确地使用滤波器对抑制传导干扰十分重要。
　　在调频电源谐振装置的交流输入侧安装隔离变压器，也可以提高输入电源质量，有效地抑制电源干扰。
　　5总结
　　本文着重剖析了用于电力系统耐压、局放试验的调频电源谐振装置中干扰现象产生的原因、现象，着重阐述了屏蔽、电子屏蔽理论及电磁干扰问题，及其解决干扰现象的一些硬件上及软件上可采用的可行性办法。
　　参考文献：
　　1、白洁，电磁屏蔽技术在电子设备中的应用，《电讯工程》2003第3期
　　2、汝强，胡社军，胡显奇等，电磁屏蔽理论及屏蔽材料的制备
　　3、刘江锋，阮江军，历天威，彭迎，数字通信用水平对绞电缆屏蔽结构型式的讨论，《电线电缆》2004年第5期
　　4、刘帆，陈柏超，卞利钢，变电站二次电缆屏蔽层接地方式探讨，《电网技术》第27卷第2期

《调频电源谐振装置抗干扰探讨》

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