如何有效控制电磁波对计量信号的干扰

刘东铭

【摘要】在工业化自动控制越来越普及的今天，变频器等电器设备的应用也越来越广泛，同时，电磁干扰的问题也随之而来。在上世纪80年代初期就有对电磁波对计量信号的干扰进行说明的文献。那么同样如何有效的排除干扰、确保计量准确性是我们需要面临的问题。本文对电磁波控制系统中的干扰因素、干扰源头及干扰类别，对现实进行结合，提出较为有效的抗干扰电磁波措施从而对计量的准确性进行保证。

【关键词】电磁波；计量信号；抗干扰措施

工业现场各种设备的运行使得电磁干扰严重，工控机在这样的环境里面临着巨大考验。工作中我发现，有些站上微机柜和变频柜是相邻安放的，虽然采取了很多抗干扰措施，有一定成效，但干扰问题仍然没有得到完全有效的控制，有一部分站的脉冲量信号还是因受到干扰致使计量出现不准确，需要经常维护。例如有些站在布线时常常会把动力线和信号线放在一起，甚至用同一电缆，这样做会影响信号计量的准确性，一开始有屏蔽层，可能问题不大，但时间久了，有些出现破皮或者绝缘性下降信号干扰情况就会凸现出来了。如在对计量信号的干扰上，主要干扰的部分就是集中在元器件的连接部分，在一般情况下对计量信号的产生干扰的是电力传输电缆。因此在对计量信号器进行安装的时候一定要考虑其安装距离，一般情况下离电缆最近的距离是5米以上。

1.干扰性电磁波有几种类型以及产生和表现

1.1干扰性电磁波的类型有哪些

一般情况下对电磁波的划分按七种类型进行划分，即按照电磁波的发生源头进行划分、按照传播的路径划分、按照工作的原理进行划分、按照发生的频率进行划分、按照不同电源进行划分。对影响电磁干扰类别的人为因素进行分析，主要有

1.2电磁干扰因何产生

电磁干扰是来自外部的噪声和没有利用价值的信号在其接收过程中所造成的，通常是通过两种方式进行传播即以电路的方式传播和借助场这两种方式。对计量信号进行干扰的来源主要有两种：电磁干扰来源主要有两方面：

1.2.1变频器频器变频器在启动时或者停止时产生辐射电场对其的干扰。非线性负载主要是说的整流桥对整个电网来说的，谐波一般会在工作中产生，谐波会对整个电网其他的设备、以及电气设备产生干扰。另外，变频器的逆变器大多采用脉冲宽度调制技术，当其处在一个高速运转的切换情况下，大量具有耦合性的噪声就会产生。因此，对系统内其它的电子、电气设备造成干扰的是变频器。1.2.2来自动力线电磁波对信号线的干扰。原本动力线和信号线是分开的，且都有屏蔽，本不应有明显干扰，而由于有部分站在仪表电缆布线时因各种原因没能将动力电缆与仪表电缆分开敷设，而是敷设在一起，有的甚至用同一电缆，时间久了，有些电缆出现破皮或者绝缘性下降信号干扰情况就会凸显出来了，如二矿213注入站，220V交流电窜入信号线，结果把表给烧了。

1.3电磁干扰的表现

它会干扰脉冲信号的计量，一些感应产生的电压会被误计量为有效脉冲信号，导致计量不准确。变频器的干扰问题主要体现在对计量信号的采集方面，主要体现在：电机在运行过程中可能突然停机导致计量信号采集的缺失；电机运行时快时慢，运行速度不稳定可能导致计量信号采集的数据不准确等等问题。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致，主要分电磁辐射、感应耦合。具体为：对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。

1.3.1对电磁辐射进行分析。电磁辐射是指带静电荷的粒子在被加速时所产生的辐射，按照电磁波的频率进行分类，以低频率和高频率进行划分可分为无线电波、红外线、可见光、紫外线以及微波，人眼可以看到的电磁辐射，其波长在380纳米到780纳米之间，因此电磁对人体的辐射无处不在，因此电磁波的辐射对人体造成的伤害是很严重的。并且人为造成的辐射包括所有的电气设备，因此要想减少辐射，必须对电器进行良好的选择。1.3.2对感应耦合进行分析。对感应耦合进行的分析，感应耦合是指，电力线路以及通信线路之间的耦合有电磁感应。电磁耦合是指电力线路中流过电流的时候交变磁场会产生，并且在该磁场的附近的电话线路会出现一个电动势，两者之间的耦合强度和两个线路之间的电阻大小有关。要是将土地作为返回的导线来说，电阻会随着不平衡残余电流环路面积的增加而不断增加。并且还随着谐波的增高而不断增高。

2.哪些方法可以预防电磁干扰

对于工业系统形成的电磁干扰主要有三个方面，第一个是空间场对电磁的干扰，它一般是通过电磁波辐射进入系统，第二个就是电源的干扰，对系统进行直接的侵害，第三个就是信号干扰通道，通过对主机进行相连且前后通道可以进入系统。为了确保仪器自身的准确可靠以及稳定的运行，必须对单片机应用系统采取相对完善的措施。

2.1尽量加大于干扰源的距离

电缆进入采集器之前的信号线是没有屏蔽层的，抗干扰能力较为薄弱，而且工作中我们发现，往往变频柜和微机柜相邻放置的站出现明显告饶的情况比较严重，根据干扰的强弱与距离成反比的这个特性，把干扰源远离计量信号采集器应该可以大幅减小变频器对计量信号的影响。

2.2选用频率不高的微控制器

选用频率相对较低的微型控制器可以有效的提高系统抵抗干扰的能力以及对噪音的有效降低。据统计具有同样频率的方波和正弦波，其中高频波的成分较多是方波，虽然方波的高频率波的成分要比基波的小，但是实践证明，频率越高在进行发射的时候产生噪音的几率就会增大，而微波控制器在产生高频噪音的几率要大于时钟频率，因此要选择好频率较低的控制器

2.3选择和敷设好电缆从过程中进行滤波

选择和敷设好电缆过程中要做好工作，一般来说在对电压电力的电缆进行敷设的时候应该在电压配电装置器的电压应该在110千伏以上，并且在第二次回路是晶体管的保护设备时，就应该采取以下措施来降低干扰，一般对控制电缆的时候可以选用金属屏蔽。一般会采取这三种方法进行防干扰，第一和高压电力电缆并行的进行敷设，要尽最大努力进行远离。第二点，在对配电设备进行装置的时候尽量避免底面式无屏蔽槽沟的设置。第三点就是，在配电装置内电缆沟路路径的选择上，在没有特殊要求的情况下，宜距离耦合电器、避雷针距离应该设远些，在必要的情况下，可以沿着控制电缆并行敷设专有的屏蔽线。并且应该注意电缆上应该设置标志牌，标志牌上应该详细的表明线路的编号。要是，没有编号就应该对电缆的型号规格以及起止地点进行标明，并联使用的电缆应该注意有序排列，并且还要保证标志牌的字迹应该清楚，且标志牌防腐蚀性要高。这样才能对敷设好电缆进行良好的保护。以防治电磁干扰。

3.结束语

如果采取以上改进措施，应该可以大幅降低现场干扰对计量信号采集的影响，加上之前的一些应该抗干扰手段，系统运行将更加可靠。通过分析电磁波对计量信号干扰问题，提出了我对解决这些实际问题的方法。电磁干扰是一个并不简单的问题，因此在对抗干擾进行设计的时候单方面的考虑问题是不正确的，一定要坚持“因地制宜”的设计原则，在平时工作中一定要做到具体问题具体分析，这样才能促使计量信号更加准确，也才能更好的保证控制系统的平稳运行。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2000.