低压集中监控抄表终端EMC电磁兼容性设计
低压集中抄表终端EMC是Electro Magnetic Compatibility的缩写,即电磁兼容。低压集中抄表的终端电磁兼容性(EMC)是指设备或远程抄表系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设
备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,低压集中抄表终端EMC包括两个方面的要求;一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;
另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。
低压集中抄表终端EMC包括EMI(Electro Magnetic Interference电磁干扰1及EMS(Ele.ctroMagnetic Susceptibility电磁耐受性)两部份,所谓EMI电磁干扰,乃为机器本身
在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS乃指系统在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。
在系统的设计过程中,充分考虑到了无线系统的电磁兼容性要求,从硬件和软件两个方面来改善系统的低压集中抄表终端EMC特性。6.1硬件的低压集中抄表终端EMC电磁兼容性设计
集中器的硬件中与低压集中抄表终端EMC电磁兼容性相关的主要有两个地方:电源和RS-.485通讯接口。本文设计中对这两个地方进行了充分的考虑。
6.1.1电源的低压集中抄表终端EMC兼容性设计
噪声和干扰是电子系统的大敌,它混在信号中,会降低系统的有效分辨率和灵敏度,使测量结果产生误差。实验证明,远程抄表系统失效和硬件损坏是由各种干
扰引起的,而900左右的干扰主要来自电源,可见来自电源的干扰对系统的影响很大.
常见的电源干扰类型:
(1)电源线中的高频干扰。供电电力线相当于一个接收天线,能把雷电、开闭日光灯、启停大功率的用电设备、电弧,广播电台等辐射的高频干扰信号
通过电源变压器的初级藕合到次级,形成对计算机系统的干扰;
(2)感性负载产生的瞬变噪声。断开大容量感性负载时,能产生很大的电流和电压变化率,从而形成瞬变噪声干扰,成为电磁干扰的主要原因;
(3)晶闸管通断时所产生的干扰。晶闸管由截止到导通,仅在几微秒的时间内使电流由零快速上升到几十甚至几百安培,因此电流变化率d//dt很大。这
样大的电流变化率,使得晶闸管在导通瞬间流过一个具有高次谐波的大电流,在电源阻抗上产生很大的压降,从而使电网电压出现缺口。这种畸变了的电压
波形含有高次谐波,可以向空间辐射、或者通过传导耦合,干扰其他电子设备的正常工作;
(4)电网电压的短时下降干扰。当启动大电机等大功率负载时,由于启动电流很大,可导致电网电压短时大幅度下降。这种下降超出稳压电源的调整范
围时,也将干扰电路的正常工作;
(5)拉闸过程形成的高频干扰。当集中器微机与电感负载共用一个电源,拉闸时产生的高频干扰电压通过电源变压器的初次级问的分布电容藕合到测控装置,
再经过该装置与大地之间的分布电容形成藕合回路Ⅲ】147][4Sl。根据以上对电源干扰类型的分析,要保证电力抄表系统的可靠运行,对集
中器进行电源设计时就要采取必要的抗干扰措施,因此,系统采取了以下几点的抗干扰措施,电源抗干扰原理图如图6.1所示【4”。
B62
图6.1电源抗干扰设计
在集中器的电源电路设计中,采取了以下几点来改善系统的低压集中抄表终端EMC性能:
(1)采用两路相互隔离的电源供电
武汉理工大学硕士学位论文
由于工业应用领域中,安装的现场情况十分复杂,各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式,具有一定的抗共模干扰
的能力,但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压,即大于+12V或小于一7v时,接收器就再也无法正常工作了,严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。
为了避免这种情况,我们在设计中将系统电源和RS-485通讯电路采用两路独立电源供电,消除共模电压影响。
(2)在电源电路中加入吸收元件来增强系统抗干扰能力在图6.1中,对于电源变压器的设计,要使其空载电流尽可能小、以降低
系统功耗。在交流电的两个进线端之间串联一个击穿电压为400v的TvS管(抑制二极管),如果高于标志在其上的击穿电压,TVS管就会导通。TvS的两极受
到反向瞬态高能量冲击时,它能以10-”量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压筘位于一个预定值,有
效地保护线路中的元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。
交流变压器出线端串联了击穿电压为22v的TVS管,进一步用于防止浪涌电压。同时还在变压器出线端增加了B62磁珠,用于抑制电源线上的高频噪声
和尖峰干扰,主要用于吸收10MHz以上的噪声信号,可以更好的满足EMI(Electromagnetic Interference电磁干扰)测试的要求。
6.1.2 RS-485通讯电路的低压集中抄表终端EMC兼容性设计
RS-485通讯电路电路图如3.2.4小节图3-8所示。RS--485通讯电路也是系统中容易受到干扰的部分,本设计采用以下几点来改善RS--485通讯电路的低压集中抄表终端EMC
性能:
(1)采用独立电源供电,消除共模电压影响;
(2)通过光藕对信号进行隔离,来降低系统对RS..485通讯电路产生的影响;
(3)总线隔离。为了避免一旦有一只芯片故障就可能将总线“拉死”,在其二
线口7。、%与总线之间应加以隔离。本设计在n、%与总线之间各串接一只lOQ的电阻,用于隔离总线,同时儿、’。与地之间各跨接击穿电压为6v的TVS
二极管,以消除线路浪涌干扰;
(4)选用抗雷击、抗浪涌的RS-485收发芯片MAX487来提高通讯的可靠性。