微机励磁控制器 [数字式励磁调节器抗干扰措施研究]

　　摘要 数字式励磁调节器工作在恶劣的环境条件下，电网的波动，电厂发电机组和大型电动机的启停以及强电磁辐射等会干扰数字式励磁调节器的正常工作。本文对于数字式励磁调节器抗干扰措施进行了研究。
　　关键词 数字式励磁调节器；抗干扰；措施
　　中图分类号TP214 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）33-0239-02
　　来自微机外部或内部的干扰将使微机控制系统产生不希望出现的现象和过程。干扰的特点是发生的随机性和干扰信号的不规则，干扰信号的频谱和幅度变化范围很广，要确切加以分析很困难[1]。干扰对数字式励磁调节器的影响是多方面的，它可能改变微机的工作状态，甚至使其无法工作。
　　1 干扰对微机控制系统的危害
　　1.1数据采集误差加大
　　干扰侵入微机系统的前向通道，叠加在信号上，致使数据采集误差加大。例如电压测量中，常见有工频电网电压的串模干扰，严重时，会出现干扰信号淹没被测信号的情况。
　　1.2控制状态失灵
　　 一般控制状态的输出多半是通过微机系统的后向通道，由于控制信号输出较大，一般不易直接受到外界干扰。但是，在微机控制系统中，控制状态输出常常是依据某些条件状态的输入和条件状态的逻辑处理结果。在这些环节中，由于干扰的侵入，都会造成条件状态偏差、失误，致使输出控制误差加大，造成控制失常或失灵。
　　1.3数据受干扰发生变化
　　微机系统中，由于RAM是可以读/写的，因此，在干扰的侵害下，RAM中数据会发生窜改。各种特殊功能的寄存器等状态也可能受外来干扰而变化。数据受干扰的结果，有的造成数值误差，有的使控制失灵。
　　1.4程序运行失常
　　在微机系统受强干扰后，造成程序计数器PC值改变，破坏了程序的正常运行。而PC值被干扰后的数据是随机的，因此引起程序混乱，在PC值的错误引导下，程序将执行一系列毫无意义的指令，最后常常进入一个毫无意义的死循环中，使输出严重混乱或失控。
　　干扰是微机控制系统的大敌，如果抗干扰问题处理不当，微机控制系统就不能很好发挥作用。因此，解决好抗干扰问题就成为微机控制技术能否在电力系统中广泛应用的一个关键。
　　2 抗干扰的措施
　　制订抗干扰措施时，要针对不同干扰源的特点和干扰的主要传播途径，从削弱干扰源、隔离干扰信号路径以及从软件上排除干扰影响等力面进行考虑。
　　2.1隔离干扰信号路径
　　削弱干扰源与被干扰电路的电磁耦合，即减小干扰源与被扰电路的互感和电容。铺设线路时，应将各种强电与弱电信号电缆分开，尽量分开走线或采用辐射状走线；若采用绞线，将两根线不断换位，以使得干扰信号相互抵消，获得削弱电磁干扰的明显效果。
　　加强屏蔽也可以有力地削弱空间电磁辐射干扰。屏蔽的通常做法是利用导电、导磁材料做一个闭合屏蔽层，屏蔽层与大地或信号地相连，把干扰源与被扰电路隔开，使干扰源的磁力线或电力线限制在一定的范围内，削弱电磁波与被扰电路的电磁耦合。可以充分利用设备的外壳作为屏蔽层，并在其内部设置强电区和弱电区，减小弱电回路受干扰的机会。
　　使用交流电源供电的装置，将由于使用电源变压器而产生工频干扰。对于工作电源带来的干扰，还可以采用双层变压器隔离，即在电源变压器前面，再接入―个1:1的C型铁芯的超隔离变压器。因为电源侧窜入的干扰主要是电场耦合的结果，采用两只变压器的分布电容等效串联，耦合电容容量大大减小，因此对干扰信号的耦合作用也大大降低。
　　在采集强电信号时，采用中间隔离的方式进行间接采样，以便隔断干扰信号的途径。应用较多的有变压器隔离、继电器隔离和光电隔离等方式。其中光电隔离使模拟电路部分和数字电路部分分别有自己的电源和接地，可以有效池消除干扰，是比较理想的隔离方式，在数字式励磁调节器中应用较普遍。
　　2.2接地系统的抗干扰措施
　　微机控制系统中正确接地是抑制干扰的重要方法。把接地和屏蔽很好地结合起来，可以消除大部分干扰。在微机控制系统中，通常有以下几种接地线：
　　1）机壳保护接地（屏蔽地）。是将机柜与系统地相连，其接地电阻约为2.5Ω如果没有良好的机柜接地，则由于系统朗场存在强人的高频电磁干扰源和高压电场，机柜上就会感应出高频干扰电压，蓄积电荷会引起电位升高，威胁工作人员的安全和对机内电子元件的工作。
　　2）信号地，即传感器信号的地线。这种地不浮空，以小于4Ω的接地电阻，在一点接大地。
　　3）交流电源接地。通常50Hz电源的地线接电网的零线。为防止电网零线电位漂移过大，其接地电阻越小越好。
　　4）数字地。它作为逻辑开关网络的零电位。
　　5）模拟地。是作为A/D变换、前置放大或比较器的零电位。
　　为防止干扰，地线设计上，可采取如下措施：数字电路与模拟电路分开，两者的地线也不要相混，分别与电源端地线相连。电路板上有高速逻辑电路和线性电路时，要尽量加大线性电路的接地面积；接地线应尽量粗些。因为接地线过细，接地电位将随电流的变化而变化，致使微机的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。通常应使接地线能通过3倍于印刷电路板上的允许电流；接地线构成闭环路。这可以明显地提高由数字电路组成的印刷电路板的抗干扰能力；多路信号地线，应采用辐射形接地，以降低各路信号之间的串扰；对于多设备共地部分的一点接地，接地点应选在功率较大的负荷处，以避免大负荷村小信号部分产生的地线波动，减少强电对弱电的环流[2]。
　　2.3软件抗干扰的措施
　　微机系统的抗干扰不能完全依靠硬件系统，还应从软件上采取措施，提高傲机自身防御干扰的能力。软件抗干扰的先决条件是程序存放区不会受干扰侵害，系统的程序及重要常数不会因干扰侵入而变化，为此，应把它们固化到ROM中。在数据采集时的干扰，可以根据信号的变化规律，采用一些简单的数值、逻辑运算处理来达到滤波的效果。系统受到干扰时，致使程序计数器PC值改变，将造成程序失常，飞逸出轨或进入死循环。对了程序运行失常的软件对策主要是发现失常后及时引导系统恢复到初始状念，常用软件“看门狗”自复位措施。
　　
　　参考文献
　　[1]聂为清.几种励磁控制方案的比较研究[J].电力系统自动化，1988(2).
　　[2]李啸骢.发电机励磁控制系统调节器的抗扰设计[J].电力系统自动化，1993(9).