消除互感耦合电磁干扰的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种消除互感耦合电磁干扰的方法和装置。它是检测强电干扰源系统电源线上的电流信号并转化为电压信号后，对测量转化的电压信号正相或反相进行幅值放大并使之转化为大小不受负载影响的输出电流信号，再将输出电流信号转化为和干扰电压信号幅值相等、相位相反的对消信号并注入弱电设备回路，抵消强电干扰源系统通过互感耦合引入到弱电设备回路上的干扰电压。它巧妙地引入电压／电流转换电路，克服了弱电设备回路阻抗对对消效果的影响，扩大了互感耦合对消方法的适用范围。其功耗小、成本低，克服了ＥＭＩ滤波不能滤除同频干扰信号的缺点，与屏蔽方法相比，所需硬件装置体积小、重量轻，不会增加系统布局的难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电》兹干扰抑制领域，具体涉及 一 种消除互感 耦合电磁干扰的方法和装置，尤其适用于系统级互感耦合电 石兹干扰的消除和抑制。
技术介绍
现代舰船、飞机等独立系统中强电设备的电源线与弱电 设备的电源线或信号线经常要平行放置，而且距离非常近。 因此，强电线路上电力电子设备产生的高频谐波电流会通过 互感耦合的方式，在弱电设备回路中产生干扰噪声电压，影 响弱电设备的正常工作，甚至使弱电设备出现故障，造成严 重后果。为了保证系统内各种设备都能正常工作，必须采取 合理有效的方法抑制互感耦合电磁干扰，^是高系统的电磁兼 容性。抑制电磁干扰的策略通常有屏蔽、接地和EMI滤波等， 这些抑制方法都有各自的应用局限和使用缺陷，例如屏蔽会 增加系统的体积和重量，加大系统布局难度；接地会在公共 地上引入地电流，可能导致更严重的电磁干扰问题；EMI滤 波会增加设备的体积、重量和功耗，而且无法滤除同频干扰 信号。与屏蔽、EMI滤波等传统措施不同，也可以采用对消方 法来抑制电石兹干扰。美国、英国等西方国家对电磁干扰对消方法的研究起步较早，但主要集中在辐射领域。在辐射领域， 对消方法在国外已经有成功的工程应用，主要是用来解决大 功率天线之间辐射耦合干扰问题。在传导领域，国内外也曾 有过利用对消方法抑制电磁干扰的例子，例如《An Active Circuit for Cancellation of Common Mode Voltage Generated by a PWM Inverter》(IEEE APEC, 1998)提出在PWM逆变器 输出端增加"有源共模抵消装置"抑制共模干扰的方案，《Study on Electromagnetic Interference Problem of Switching Power Supply》(浙江大学博士论文，1999)研究了高频开关 电源的电磁干扰并提出了 "共模干扰反相消除技术"和"差 模干扰反相抑制技术"。但是，这些研究的主要对象是单一 的逆变器或小功率开关电源，研究内容局限于电路级传导电磁干扰，将对消方法应用于抑制系统级传导电磁干扰，尤其 是应用于消除和抑制互感耦合电磁干扰，国内外还没有文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种消除互感耦合电磁干扰的方法及装置。实现本专利技术方法的技术方案为消除互感耦合电磁干扰 的方法，它是检测强电干扰源系统电源线上的电流信号并转 化为电压信号后，对测量转化的电压信号正相或反相进行幅 值放大并使之转化为大小不受负载影响的输出电流信号，再 将输出电流信号转化为和干扰电压信号幅值相等、相位相反 的对消电压信号并注入弱电设备回路，抵消干扰源系统通过 互感耦合引入到弱电设备回路上的干扰噪声电压。实现本专利技术装置的技术方案为消除互感耦合电》兹干扰 的装置，它由干扰信号测量探头、控制调节电路和对消信号 注入探头组成，所述干扰信号测量探头为带有积分环节的电 流互感器，控制调节电路用以对测量探头输出的电压信号正 相或反相进行幅值放大并使之转化为大小不受负载影响的输 出电流信号，对消信号注入纟笨头为电流互感器。首次将对消方法应用于消除互感耦合电磁干扰，为解决 互感耦合电磁干扰问题提供了 一种新方法。它巧妙地引入电 压/电流转换电路，克服了弱电设备回路阻抗对对消效果的影 响，扩大了互感l馬合电》兹干扰对消方法的适用范围。由于对 消方法是向弱电设备回路注入对消信号，所需硬件装置能量 等级与小功率弱电设备相当，功耗小、成本低，避免在大功 率干扰源回路中加入成本昂贵、体积庞大的滤波器。测量探 头检测的是干扰源系统电源线上的电流信号，与弱电设备的 有用信号不相关，因此经过处理并注入到弱电设备回路的对 消信号也与弱电设备的有用信号不相关，不会对弱电设备中 同频有用信号产生影响，克服了 EMI滤波不能滤除同频干扰 信号的缺点，可以用来解决同频电磁干扰问题。与屏蔽方法 相比，所需硬件装置体积小、重量轻，不会增加系统布局的 难度。对消方法所需硬件装置不含开关器件，不会引入新的 干扰，不影响弱电设备工作。附图说明图1是互感耦合电磁干扰对消方法原理示意图。 图2是互感耦合电磁干扰对消方法功能模块框图。 图3是干扰信号测量探头原理示意图。图4是控制调节电路电路图。图5是AD624内部结构框图。图6是对消信号注入探头原理示意图。图7是对消装置实例示意图。图8为对消方法时域效果图。图9为对消方法频域效果图。具体实施例方式如图1所示，强电干扰源100 (大容量电力电子变流设 备)的电源线与弱电敏感设备200 (弱信号电路)的电源线 或信号线经常要平行放置。强电干扰源IOO会通过互感耦合 的方式在弱电设备200回路中感应出电压《=j M./,其中oj为谐波电流角频率，/为干扰源电路上流过的高频谐波电流， M为两电路间的耦合互感，M的大小与电路形状、电路之间 距离及电路间的介质磁性有关。对开关工作方式的大容量电 力电子变流设备产生的高次谐波电流来说，w和/都4艮大， 因此在弱电设备回路中产生的骚扰电压《可达很高的数值，过高的《会影响弱电设备的正常工作，甚至使弱电设备出现 故障，即发生了互感耦合电；兹干扰。本专利技术采用对消方法来 消除互感耦合电-兹干扰，其思想是检测强电干扰源系统电源 线上的干扰信号，经过处理后注入弱电设备回路，并且保证 注入的电压信号为《=-j M./，则强电干扰源在弱电设备回 路中产生的总电压为f> =《+ f>d = 0,从而消除强电干扰源对弱电设备的影响。为此，在强电干扰源100的电源线上接入干 扰信号测量探头300,测量探头的输出连接控制调节电路 400,控制调节电^^的输出连接对消信号注入纟笨头500，注入 探头连接弱电设备200。如图2所示，互感耦合电磁干扰的对消方法包括三个功 能模块。测量探头300检测干扰源系统电源线上的电流信号 并使之转化为电压信号，控制调节电路400对测量探头输出 的电压信号正相或反相进行幅值放大并使之转化为大小不受 负载影响的输出电流信号，注入探头500将控制调节电路输 出的电流信号转化为和干扰电压信号幅值相等、相位相反的 对消电压信号并注入弱电设备回路，抵消干扰源系统通过互 感耦合引入到弱电设备回路上的干扰电压。如图3所示，测量探头300实际上是一个带有积分环节 的电流互感器，当测量探头卡在被测导线上时，被测导线相 当于互感器的初级，探头中的线圏相当于互感器的次级，设该互感器初级和次级之间的互感为M,，则被测导线上的交变 电流/在测量#罙头次级线圏上感应的电压为"=j M, J ，该感 应电压经过积分环节后变为C/测=-R/(j份i C) = -M"/(i C)并输出 到控制调节电路。干扰信号测量探头可以使用自制探头，也 可以选用市售的电流测量探头，如美国泰克公司生产的TCP303 。自制探头的方法是将绕组均匀密绕在环形非磁性 骨架(选用非磁性骨架的原因是所测电流值一般较大，铁磁 骨架电流互感器容易因铁芯饱和而存在较大的误差)上，绕 组的两个引线作为探头输出端，为了使用方便，环形骨架可 以做成卡4甘式的，由两个半环组成，这样可以在不断开被测 导线的情况下，方便地将探头卡在被测导线上。需要说明的 是，无论使用自制探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除互感耦合电磁干扰的方法，它是检测强电干扰源系统电源线上的电流信号并转化为电压信号后，对测量转化的电压信号正相或反相进行幅值放大并使之转化为大小不受负载影响的输出电流信号，再将输出电流信号转化为和干扰电压信号幅值相等、相位相反的对消电压信号并注入弱电设备回路，抵消干扰源系统通过互感耦合引入到弱电设备回路上的干扰噪声电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵治华，张向明，马伟明，李建轩，潘启军，孟进，张磊，唐健，李毅，李维波，陶涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]