某涡轴发动机车台共模干扰信号的分析与研究

摘 要 在航空发动机试验车台信号多且信号复杂，经常出现干扰问题，制约着发动机的研制，本文针对某涡轴发动机车台的一次共模干扰引起的超转保护仪误动作现象，通过多方面数据分析排故，分析共模干扰问题，给出解决共模干扰问题的途径，为以后的试验干扰排故提供参考经验。

关键词 共模干扰;分析;抗干扰技术

引言

航空发动机试验现场条件多变，干扰源产生的干扰也往往以不同的形式出现，但基本上可归为差模干扰和共模干扰两大类。所谓差模干扰是指作用在信号之间电压，共模干扰是指两输入端对公共地所共有的电压。

1 车台共模干扰信号案例分析

1.1 故障现象

某涡轴航空发动机在车台试车过程中在控制器无任何动作其他系统都正常的情况下，超转保护仪发出超转保护信号，发动机大状态超转停车现象。

1.2 原因分析

控制器无任何动作，超转保护仪发出超转保护信号给台面的PLC进行切油停车。根据这一现象建立图1故障树。根据故障树进行进一步排查分析[1]。

（1）发动机异常排查分析

发动机超转停车，首先需对对车台试验数据进行分析，同时安排了对发动机进行孔探仪检查。

1）车台动态数据分析

动态测试采用的DEWETRON测试仪进行实时的瞬态参数记录，从动态波形显示来看，发动机异常时压气机出口出现较大波动，最大波动量为88kPa。

2）振动数据情况分析

从振动数据分析得到，振动幅值在异常前后及异常时未发生明显陡增，主要为（0-150）Hz低频振动陡增导致振动总量增大。

3）发动机孔探情况

发动机本体未见明显异常

通过动态、振动试验参数的分析，结合发动机孔探情况可排除是发动机本身问题引起的超转保护仪动作引发的停车问题。

（2）超转保护仪故障排查分析

超转停车后对超转表记录的60个超转值进行检查记录，核对超转保护仪设置的传动比、超转值停车值是否跟技术通知单一致;检查转速测试系统中的传感器、线路、二次仪表是否正常;与车台的PLC联调;检查完毕排除超转保护仪异常故障。

（3）车台干扰导致的误报警故障排查分析

该车试验台建台时间比较早，使用年限较长，有些隔离接地的措施没有到位，所以干扰问题比较明显。各测试专业组为了更好消除干扰问题，对各自的测试子系统采用的不同的接地方式。发动机间与测试间的接线方式如图2所示。虚线是本次车台试验新增部分，测试人员利用三通把动态测试的转速信号接入示波器然后示波器接入振动测试专业插座，接入插座后打开示波器开关按钮，随后超转保护仪发出停车信号，发动机随即停车。在示波器回路出现多点接地，“两地”电位差必然引入干扰源。可见此次车台超转报警停车是由车台干扰引发的误停车。

2 共模干扰

由于该车台试验发动机试验间的地与讯号地直接往往有几十米的距离，在两地之间往往存在一个电位差。这就是共模电压。它可能是直流电压，也可能是交流电压，其数值可达几伏也可能是几十伏，这种干扰电压的引入必定会严重地影响信号测量的正确性[2]。

如图2所示，车台振动测量子系统中振动传感器和发动机共地，振动传感器信号进入的是不带隔离功能Enderco6634C电荷放大器，该仪器采用的是“浮地”方式，也就是电荷放大器与地绝缘，以切断共模干扰电压的泄漏途径，使干扰无法进入。对应的插座也做了相应的处理，故振动测试子系统抗干扰能力很强。而在动态测试系统中采用的是在传感器端“浮地”，在这次排故中将示波器接到振动测试子系统中的插座上，因而出现了多点接地，由于存在地电位差，因此产生共模干扰，通过测量系统形成对地的泄漏电流，漏电流通过电阻的耦合就能直接作用于超转保护仪，产生干扰导致超转保护仪保护停车。

3 抗共模干扰措施

为了有效抑制共模干扰，正确的接地是唯一的途径;此外还提高二次仪表的干扰能力，如采用差分输入。

3.1 正确的接地

接地技术是抑制干扰的有效技术之一，可分为保护接地，屏蔽接地和信号接地，测量系统的共模误差主要是由于共模电压引起的线路中的电流造成的，特别是地电位引起的地回路电流。所以，接地的一个基本原则就是单点接地。单点接地不会形成回路，因而也不会造成共模误差。单点接地不仅是指通過导线连接，而且要尽量放在接地点以外的任何电阻、电容或电感耦合[3]。

单点接地原则不仅对信号线适用。而且对信号线的屏蔽层也应遵守。如果导线的屏蔽有一个以上的接地点，由于地电位差也会在屏蔽层产生电路，因而通过它与芯线的电容也会在芯线上耦合出干扰电压。所以，屏蔽也应选择适当的接地点。

3.2 提高仪表的抗干扰能力

车台的超转保护仪属于我所自主研制的仪表，车台仪表应根据车台发动机型号选择滤波，在信号输入端采用阻容滤波， 是一种简易而较有效的方法。具体数值我们可根据现场的干扰情况（干扰源的频率）通过试验而定，从而确定所设计的滤波环节的滤波能力。在前两种方法都无法抑制干扰的情况下，有时必须对仪表进行抗干扰改造，比如增加隔离模块，降低系统的灵敏度，提高系统的门槛电压等[4]。

4 结束语

在现有的车台建设中，车台建设中已尽可能采用抗干扰措施进行抗干扰，但干扰源的存在过于广泛，而且具体指出实际存在的干扰途径都是极其困难的。解决干扰的问题途径很多，很多时候需要多尝试，寻找出最终找到解决车台干扰问题的途径。在航空发动机的发生故障应充分利用测量数据分析问题，根据实际情况灵活的解决问题，保障航空发动机的研制。

参考文献

[1] 郑良广，王飞，侯晓伟.传导性电磁兼容干扰信号自动处理研究[J].电子设计工程，2018（3）：125-128.

[2] 单晓明，黄金泉，周文祥，等.涡轴发动机性能在线监测技术研究及试验验证[J].航空动力学报，2013（4）：9-17.

[3] 张胜曹.仪表的干扰来源及抗干扰措施[J].工程技术，2008（31）：66-67.

[4] 樊锡德.用差分放大器消除多地接地系统的共模干扰[J].电子与自动化，1994（3）：38-39.

作者简介

徐蕾璐（1987-），女，江西省吉安市人;学历：硕士研究生，职称：工程师，现就职单位：中国航发湖南动力机械研究所，研究方向：航空发动机动态测试。