电磁感应及其应用精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇电磁感应及其应用，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：电磁感应加热 温度控制 模糊算法

中图分类号：TQ320.52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0050-02

1 电磁感应加热技术的应用

现在社会需求的增长，电磁感应加热技术越来越广泛地运用到各行各业中。大致可以归类为以下几个领域：第一，食品、医疗、化工、塑机械加热、木材、建筑等节能改造方面都有用，在这些方面使用电磁感应加热代替了传统的电阻加热；第二，机械行业，电磁感应加热中的高频电磁加热可以应用于金属表面的热处理，也可以用于器件在加工前的透热，这种方法与传统的方法相比有很大的优势；第三，纺织印染方面，印染时的原料需要加热，利用电磁感应加热，加热速度快了，就使得原料的利用率提高了，同时可以适应不同燃料的不同温度要求；第四，轻工行业，在轻工行业用于食品或者塑料产品的封口，这种方式的加热大大加大了生产效率，还可以节省生产空间。

电磁感应加热技术的应用，可以提高生产产品的速度同时也能降低生产成本，也提升了设备制造行业的生产水平，在传统行业中越来越广泛地被接受和使用。

2 电磁感应加热的原理

电磁感应技术就是我们通常所说的IH技术，它建立的基础就是法拉第感应定律。电磁感应的加热原理就是利用高频的交变电流在通过线圈时产生磁场，这种交变的磁场在通过金属工件时产生涡流，产生涡流的条件就是金属工件需要是加热后的件，金属的电阻相对较小，这样较低的电动势就可以产生很强的涡电流，这样就在金属件内部产生了很大的焦耳热，这样金属件的温度自己就升高了，完成了一个自发热的过程，这个自发热的速度非常快。电磁感应加热利用的就是电流的做功，将电能转化为被加热体本身的内能，使被加热件的温度升高，从而达到加热的目的。

3 传统加热与电磁感应加热的对比

3.1 传统的加热

用加热注射剂来举例传统加热存在的弊端，传统的注射剂加热一般采用电阻的方式进行加热，电阻加热存在的缺点如下：第一，工作环境恶劣，传统加热利用的是电阻加热，在加热过程中向环境中散发大量的热量，使得操作环境温度升高，尤其在夏季的加热时，现场的工作环境是非常恶劣的，工人需要降温，降温过程又造成了能源的浪费，加大了成本；第二，加热效率低，加热过程中热损大，电阻加热时都是电阻丝绕制成的电阻，这样的电阻外部也散热，造成了热能的损失，在传导的过程中由于过程繁琐，也损耗掉了很大的热量，经过统计只有25%左右的热能得到了利用，热能的效率很低；第三，电阻的使用时间短，电阻发热Φ缱璧乃鸷暮艽螅绕制的电阻线长时间加热很容易发生断裂，这样增加了工人的工作量，需要定时地对电阻进行检查和维护，维修和更换的费用都很大，加热的产品可能由于没有完成固定温度，报废率也增大了，所以各方面的费用都将增大。

3.2 电磁感应加热

第一，与传统的加热方法相比，电磁感应加热是自发热的现象，不会对环境造成很大的影响，工人的工作环境也得到了很大程度的改善，也减少了为环境降温的费用；第二，电磁感应的热损耗小，节能效果好，电磁感应发热过程感应线圈与被加热的金属件之间是没有直接接触的，能量的传递是通过电磁感应进行传递的，在传导的过程中减少了很多热能的损耗，效率提高很多，可以达到85%左右，比传统的加热提高了很多；第三，金属件温度提升速度快，金属件的电阻小，所以较小的电动势就能产生较强的涡电流，焦耳热产生得也多，热量散失得少，所以金属件升温很快；与传统的电阻加热相比，使用寿命增长了，电磁感应的加热工具是特制的线圈和半导体的器件，线圈在工作时的温度并不像电阻丝产生那么高的温度，使用寿命大大提高了。电磁感应加热的加热效率高，所以产品的产量也高，所以无论从损耗还是生产效率上都得到了提高。

综上所述，电磁感应加热具有的优势是非常明显的，加热速度比其他任何的媒介加热速度都快，而且在加热时损耗较小，加热时间较短，启动方便，热能的损耗较小，不用时，也可以切断供电电源，没有任何多余的损耗，电能的利用率又高，是新时期加热的最好选择。

4 电磁感应加热技术的实现

4.1 电磁感应加热系统的组成

电磁加热系统主要由电磁加热控制板和加热线圈两部分组成。加热输出接触器的输出端经过电磁加热控制板将交流电进行整流、滤波、逆变成高频的交流电，再通过链接线圈加到电磁的加热线圈上，高频的交流电通过保温材料作用于被加热体上，从而达到被加热体的自发热过程。还可以用另外一种方式，将电源直接输入到电磁加热控制板，加热输出接触器直接通过电磁加热控制器的方式直接控制电磁加热控制板的工作状态。

4.2 对输出功率的控制

对于电磁感应加热输出功率的控制有很多种方法，其中感应电源有两种控制方法：即负载串联谐振型和负载并联谐振型，串联谐振感应加热电源较并联的有很多优势，比如：启动时比较迅速、可以使用体积相对较小的电感和整流，可以使用不空整流等。加热过程有特定需要达到的目的，所以感应加热电源需要控制输出功率，使功率保持到一个可调节的范围内。串联谐振电源的调功方式有两大类：直流侧调压调功和逆变侧调功，其中直流侧调压调功中又包括两种方式：是采用晶闸管全控整流；另一种是不控整流后用斩波器进行调压。逆变侧调功的方法就比较多，比如：通过脉冲宽度调节、通过电压调节、通过脉冲频率调节、通过脉冲密度调节、通过移相调节、通过改变功率因素调节以及以上各种方法的综合调节法等。通过这些方法的调节都可以达到调节温度的目的。在加热一个物体，整个过程可能需要不同的温度，所以要求在不同的阶段保证不同的温度。现在用调节脉冲密度调功法调节温度的方法是使用较多的一种，这种方法可以直接完成对输出电源的电流幅值进行控制，通过实验既定的模型，通过建立在某一特定电流幅值的基础上，建立T=f（t）即温度与时间的函数关系，实现温度的分段控制，以达到各时间段不同温度的要求。

4.3 温度控制的算法

目前使用较多的一种算法就是模糊控制算法，这种算法具有大惯性、非线性、有滞后、相邻段有较强偶合等特点，这种算法可以模拟人脑进行思维、判断以及推理的过程，可以将人的经验等用语言的方式表达出来，再通过计算机的处理，完成输入和输出的建模过程，是一个智能化的实现过程。模糊算法的数据库录入的是专家的语言信息，并在使用时将这种语言转化为控制策略，可以解决实际使用过程中的各种问题，有些复杂的数据模型需要建立精确的数学模型，这种算法可以解决这些复杂的建模过程。这种方法很好地完成了推理系统与控制系统间以及模糊数据和精确数据的转化问题。温度的控制就是一个不确定的数据模型，通过电磁感应的输出功率和模糊算法的结合就可以完成温度的精确控制，控制精度可以上下不相差1 ℃。

5 结语

传统的加热方式通常是利用电热圈来加热，通过接触传导，实现被加热体的加热过程。但是这个过程有大量的热量是散发到空气中的，热量的利用率较低，而且工作环境也非常恶劣，加热过程的温度也是没法实时控制的。而电磁感应加热的方式实现了节能、加热效率和升温速度快等各方面传统加热方式满足不了的优点。电磁感应在输出的过程可以通过控制功率的方法同模糊算法相结合实现温度的准确可控性。这也满足了现代社会高效、节能、环保等各方面的要求，所以电磁感应加热方式在各行各业都将替代传统的电阻丝加热方式。

参考文献

[1] 徐强.回转支承滚道无软带感应加热数值模拟及淬火研究[D].合肥工业大学，2015.

[2] 杨伟福，曹广忠，邱洪.电磁感应加热系统负载感应器研究[J].机电工程技术，2015（7）：81-85.

[3] 张雪彪，陈诚，刘玉君.钢板移动式感应加热的多场耦合数值分析[J].哈尔滨工程大学学报，2015（4）：473-478.

[4] 张毅静.预应力钢丝感应加热电磁能量转换研究[D].河北工业大学，2012.

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关键词：变频器，电磁干扰，措施

中图分类号：TN773文献标识码： A

引言：随着经济的发展和科学技术的进步，变频器的应用变得越来越广泛，但随之而来的干扰问题一直困扰着电气技术人员。变频器周边的电气设备以及电气线路对变频器产生干扰，同时变频器也对周边设备产生干扰。如果变频器的干扰问题得不到很好的解决，那么就不能保证变频器系统能够可靠、稳定地运行。本文针对变频器抗干扰问题，首先阐述了干扰的来源、传播方式，然后再针对这些干扰提出了不同的措施。

1、干扰的产生

1. 1外部对变频器的干扰

在空间中存在着各种各样的电磁波，例如通信电磁波、线路产生的电磁波，这些电磁波是由于导线中通过的电流产生的，其强弱受电流强度及线路布设方式的影响较大，该电磁波向空中辐射，从而影响变频器的正常运行。 当变频器的供电电源受到电网中大量谐波影响时，变频器就会出现过压、欠压、掉电等现象，从而可能造成变频器的波动甚至损坏，进而影响生产。变频器的整流管有时会受到补偿电容的影响。在补偿电容投入以及切出系统时，由于补偿电容的性质，会在电网中产生很高的峰值电压。如果此峰值电压过大，就有可能击穿变频器整流管，导致变频器损坏。

1. 2变频器对外部的干扰

变频器的整流电路工作时会产生谐波，这些谐波在电网中传播，会对其他的电气设备产生干扰。变频器工作时，其场控开关器件做高速切换，且产生高次谐波。同时，变频器的逆变电路输出电压及电流功率会携带高次谐波，这两种谐波以及开关器件引起的电磁辐射都不容忽视。在电磁干扰的作用下，变频器控制信号线及检测信号线在输出端会产生较大影响，甚至导致系统不能及时准确地检测到信号，还会使控制系统紊乱。谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。

2、干扰的抑制与消除

在实际应用中，为减少电磁辐射的干扰，在变频器应用中一般采用硬件和软件两方面的抗干扰措施。硬件抗干扰主要从硬件出发，对可能引起系统干扰的干扰源及干扰途径进行物理防护及切断。一般涉及变频器系统的工程中，较多采用的是隔离、接地、屏蔽以及滤波等方式进行物理抗干扰。

2. 1合理的安装和布线

工程中，对变频器安装的环境要求都有明确的规定，比如变频器的安装环境温度、湿度等。另外，不同的安装方式或者技术等也会对变频器的使用产生较大的影响。合理的布线以及合适的安装距离及角度等都能在一定程度上改善变频器的工作性能。在安装和布线时应注意以下几点：①变频器一般多安装在密闭配电柜中，并且有排风扇等装置，以保证柜内的空气流通，并且，在变频器所在的室内，一般还应装有空调等降温设备；②变频器安装时应避开电磁干扰比较严重的地方，例如电源、信号线比较集中且杂乱的地方，并且应避开灰尘大以及腐蚀性气体的场合；③应安装在一个牢固、结实且不会经常震动的地方，并且应做好对震动冲击的防护措施；④变频器对所安装的环境温度有一定要求，一般为一20℃一60℃；⑤变频器的输入输出控制及信号线应尽量避开其他设备的电源及信号线，同时其电源线要与信号控制线分开；⑥确保控制柜中的接触器有灭弧功能。

2. 2采用电抗器

在变频器电路中，电抗器可以对窜入电路中的谐波电流进行有效的抑制。在输入电路中串入电抗器可以抑制输入电路中较小的谐波电流，同时可以消除因电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击。在变频器的输出侧串入输出电抗器，可以改善变频器输出电流。此外，负载电抗器可以限流，在一定程度上还可以保护变频器。因此，在变频器中，合理地使用电抗器可以提高变频器系统的可靠性、运行性能和效率。

2. 3使用滤波器

变频器系统的运行会使电网中产生高次谐波，从而可能造成电网波形畸变，使其功率因数降低。滤波器可以对电路中的高次谐波进行抑制或消除。采用无功补偿装置可对电网功率因数降低的情况进行调节，而对于高次谐波，应根据具体情况，在变频器的进线端及输出端加装滤波器，以改善电网波形畸变对变频器及其他设备等产生的影响。为了防止变频器产生的电磁辐射或者谐波等干扰进入电源或者其他设备，在电路中应设置滤波器。在变频器系统中，有些电源对抗干扰的要求较高，所以，在电源输入端并联滤波器可有效抑制变频器产生的电磁辐射及谐波的干扰。在变频器的输入和输出端分别加入输入和输出滤波器，可有效减少电磁干扰、电网电压突变等造成的影响。对于一些对电磁干扰非常敏感的电子电气设备，也应该加入滤波器。这种滤波器应该加在电源线上，称为电源噪声滤波器。

2. 4屏蔽整个变频器

将整个变频器系统进行屏蔽，可减小其对外界的干扰，也能防止外部的干扰对变频器系统造成影响。同时对于干扰源也要进行屏蔽，例如，对于接入变频器的信号控制线，应使用屏蔽线和屏蔽层，并且接在变频器一端的屏蔽应接控制电路的公共端，而不应接在变频器的接地或大地屏蔽层的另一端，这样可有效抑制外部干扰通过信号电缆影响变频器。再者，输出线最好采用专用的屏蔽电缆或用钢管屏蔽，信号线应尽可能短，最好控制在20 m以内，且信号线应采用双芯屏蔽，并且与主电路线及控制电缆分离开，同时还应对周围电子敏感设备线路进行屏蔽。

2. 5正确的接地

在实际的电气系统中，接地技术得到了广泛的应用。接地可以将电路中外部藕合的噪声消除，防止外界电磁干扰的影响，对提高电子电气设备的兼容性能起到至关重要的作用。所以，接地对于外来干扰及自身干扰都有一定的抑制作用。从安全和抑制干扰的角度考虑，变频器的主回路端子PE(E,G)必须接地。在实践中，通常采用多点接地、一点接地及混合接地等接地方式。具体使用哪一种接地，应根据具体情况具体分析。实际应用中，对变频器接地的要求是比较明确的，接地线严禁接在系统的零线上，更不能接在变频器或其他设备的外壳上。当系统中有多台变频器以及其他的电子电气设备时，其接地线不能拧在一起共同接地，应分开单独接地，以防止设备间的相互干扰。变频器接地时，对接地线也有一定的要求。一般接地线应比较粗，可以用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连。一般要求接地线截面积应不小于2. 5mm2，接地线长度小于20 m,接地电阻不能大于100Ω。

2. 6采取必要的隔离

在实际工程中，一般要把干扰源单独隔离开或者把干扰源与容易受到干扰的设备隔离开。在安装变频器时应单独安装，使变频器与其他电气设备尽量互不干扰。有时尽管不能单独安装，也应注意将变频器与其他易受干扰的设备分开安装，以避免变频器的电磁噪声对其进行干扰。

3、结语

干扰的形式是多种多样的，干扰的分布是随处可见的，因此采取适当的措施来抑制干扰是十分重要的。在采取抗干扰措施时，还要考虑可行性、成本、效果等因素。采用的措施只要能解决问题即可，往往过多的抗干扰措施有可能会产生额外的干扰。随着技术的进步，变频器应用中存在的干扰问题有可能会通过变频器本身的功能来实现消除。我们相信，在不久的将来，变频器的干扰问题一定会得到有效的解决，变频器也会随着技术的进步，应用得越来越轻松、越来越广泛。

参考文献

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关键词:旁路；电流互感器；保护双重化；电流切换

中图分类号:TM433　文献标识码:A　文章编号:1009-2374(2011)24-0113-03

在电力系统中主变压器(以下简称主变)是变电站的核心设备，它的安全稳定运行直接关系到整个变电站甚至电网的正常可靠运行，因而主变保护设备显得尤为重要，对于当今大量采用的主变微机保护应给予高度重视。笔者经过多年来对带旁母主接线情况下主变压器保护技术改造和运行情况的总结，对旁路电流采集方式做一些分析，对存在的问题提出相应的对策，希望能为同类工程的设计和验收工作提供参考。

一、变压器微机保护双重化电流回路配置现状

为避免主变保护异常及修改定值等工作造成主变保护被迫退出运行，导致有故障发生不能及时切除，造成事故扩大。根据《二十五项反措》要求，220kV以上的主变压器的微机保护需双重化；同时随着继电保护技术的发展，不少厂家相继推出主后备保护一体化，两套保护完全独立的配置方案(非电量保护除外)。保护实现双重化后，两套保护的电流回路均应独立接到对应的电流互感器上，当主变开关代路时，原则上必须在两套保护的电流回路均要独立，但实际应用中由于旁路开关的电流互感器二次绕组不足，难以实现(特别是在一些老变电站的主变微机保护技术改造工程中)。总结现场接线方式，可归纳为以下几种:

(一)无旁路电流互感器电流接入主变压器保护

如图1所示(以变高侧为例，下同)。

高压侧和中压侧旁路开关问隔均无多余电流互感器二次绕组情况，正常运行接线，A屏微机保护接到对应的开关电流互感器，B屏微机保护接到对应的套管电流互感器，当主变开关代路时A屏微机保护退出，B屏微机保护继续运行。显然此接线方式不符合保护实现双重化要求。

(二)套管电流互感器与开关电流互感器二次电流切换

如图2所示，高压侧和中压侧旁路开关间隔均无多余电流互感器二次绕组。正常运行接线:A屏微机保护接入对应的开关电流互感器二次电流，B屏微机保护接入对应侧的套管电流互感器二次电流。供电企业在厂家定货时要求A屏微机保护变高侧和变中侧均设置有旁路电流互感器切换连接片，又由于在技术改造中原来的常规保护进行微机化后，变高侧和变中侧套管电流互感器二次绕组有剩余，现场将变高侧和变中侧剩余其中一组保护级的二次绕组均接到A屏微机保护(旁路电流互感器切换连接片对应的端子排处)，当主变开关代路时将A屏微机保护套管电流互感器切换连接片切换到旁路保护侧，A屏微机保护投入运行，B屏微机保护继续运行不变。虽然此接线方式符合保护实现双重化要求，但旁路到主变的导线无主保护。

(三)旁路电流互感器电流与开关电流互感器电流切换同样如图3所示:

变高侧和变中侧旁路开关间隔均有电流互感器二次绕组，正常运行接线:A屏微机保护接入对应侧开关电流互感器二次电流，B屏微机保护接入对应侧的套管电流互感器二次电流。供电企业在向厂家定货时同样要求A屏微机保护变高侧和变中侧均设置有旁路电流互感器切换连接片，在变高侧和变中侧旁路开关间隔均有电流互感器二次电流接入A屏微机保护(旁路电流互感器切换连接片对应的端子排处)，当主变开关代路时将A屏微机保护电流互感器切换连接片切换到旁路保护侧，A屏微机保护投入运行，B屏微机保护继续运行不变。虽然此接线方式符合保护实现双重化要求，但接线较复杂，如果采取独立配置方式，本站有多少台主变就需要在旁路电流互感器处配置多少组电流互感器二次绕组，可能增加旁路电流器的二次绕组负担；如果采取在旁路端子箱处切换方式，增加运行人员操作工作量，并存在电流互感器二次开路的风险等。

上述三种接线方法比较:第一种接线方法在主变开关代路时，A屏微机保护退出运行，B屏微机保护接到对应开关的套管电流互感器，保护范围缩小，不满足双重化要求。第二种接线方法，A屏微机保护接有对应侧的套管电流互感器，当主变开关代路时可以进行电流切换后投入保护，虽然这种方式满足了双重化，但对应的旁路开关到主变套管电流互感器这段引线无快速保护(即无差动保护)，造成保护范围缩小。第三种接线方法在主变开关代路时满足双重化要求，保护范围也满足要求，是三种方法较合理接线方式，但现场实现最困难，如果采取独立配置方式，本站有多少台主变就需要在旁路电流互感器处配置多少组电流互感器二次绕组，增加旁路电流器的二次绕组负担；如果采取在旁路端子箱处切换方式，增加运行人员操作工作量，一组电流互感器二次绕组需要对应几台主变保护，切换时容易切换错误，并存在电流互感器二次开路的风险等。

根据现场大多变电站的实际情况，采用第二种接线方式满足了双重化，虽然旁路到主变的导线无主保护，多年来现场运行经验表明，此段导线距离较短，运行的时间也较短(代路时才运行)，发生故障的机率相对低，并且后备保护还存在，比较适宜现场应用的配置。

二、主变断路器代路时电流切换常出现的问题及对策

(一)电流互感器二次开路问题及对策

从历年来事故通报学习中发现，在主变断路器代路时由于电流切换过程中操作不当，安全措施考虑不全，电流切换过程中电流互感器二次开路触电伤人的事故时有发生。在进行电流互感器二次线连接片进行切换操作时务必小心、谨慎，防止电流互感器二次开路触电伤人。

采用旁路电流回路的保护，代路时均要进行切换，不论是否进行带电切换操作，必须按带电方式进行切换，按“先连通、再短接、后打开”原则进行电流切换操作，应站在绝缘垫上，穿长袖工作服，戴好绝缘手套，手腕上不得佩带手表、手链等金属饰物，身体不得接触保护屏，先将电流互感器二次线连接片切至运行位置，再将其他连片逐一切至短接位置，最后打开短接位置至中问位置的连接片(注:此类连接片为双层)。见图4所示:

(二)连接片切换问题及对策

历年事故通报中，在主变断路器代路时由于电流切换的操作不当，安全措施考虑不全，电流切换前未将主变差动保护暂时退出造成事故层出不穷。旁路开关合环后，将形成差动电流互感器的电流分流，造成差动保护误动，所以在切换电流互感器二次线连接片前应临时退出主变差动保护，操作时由工作经验丰富的值班员进行。次序如下:(1)退出主变差动保护；(2)合上旁路断路器；(3)将旁路电流互感器二次线连接片切至运行位；(4)断开主变断路器；(5)将主变电流互感器二次线连接片切至短接位。

总之，在操作前将主变差动保护暂时退出，操作结束后将保护的所有信号复归，检查保护无异常，再投入保护。

此外，用旁路断路器代主变断路器的操作时，应明确与旁路断路器代线路断路器是不同的。此时还是采用主变的保护装置，不仅需要将保护出口压板由跳本侧断路器切至跳旁路断路器，同时需要将主变差动保护用电流互感器二次线切换连接片进行切换。

上述过程不但需要保护出口压板由跳本侧断路器切至跳旁路断路器，如有启动失灵保护也要将其切至跳旁路断路器侧；不但要切换电流互感器二次线连接片，电压也要由“本线”切换至“旁路”；特别注意旁路断路器代主变断路器的操作中，需投入非电量保护跳旁路断路器连接片，待代路任务完成再将上述所有的连接片切至正常运行位置。

(三)保护定值问题及对策

在现场多次发现A屏微机保护定值出错问题，原因是如在第二种接线方式中，A屏微机保护接入对应的开关电流互感器二次电流，B屏微机保护接到对应侧的套管电流互感器二次电流，在两套保护新投产或进行技术改造后定值整定部门按现场电流互感器变比进行定值整定为A屏和B屏两份定值单。但A屏微机保护接到对应的开关电流互感器和B屏微机保护接到对应侧的套管电流互感器变比不一定相同(如开关为1200/5；套管为1000/5)，又由于A屏内电流接入保护的通道是唯一的，当进行代路时只是进行外部切换。如误将套管为1000/5电流互感器二次电流切换到1200/5保护的通道上而未改定值，在负荷小时不易发现，当负荷增加后保护就容易误动。

对于此类问题在进行定值整定前要查清现场电流互感器变比(含旁路)等参数，如果现场确实存在电流互感器变比不同的情况，定值整定部门进行说明；还可以将A屏微机保护多开一定值区将套管为1000/5的对应定值进行整定，备代路时切换用，现场工作人员必须将整定情况在保护屏上标识清楚，同时要在记录本进行记录。

三、结语

本文详尽分析了旁路电流互感器电流在变压器微机保护中的应用等问题，力求为同类变电站旁路电流互感器在变压器微机保护中的应用提供参考。运行中的变电站进行主变保护双重化是一项涉及回路范围广、技术复杂，危险点多的工作，在技术改造和应用中更需深究保护装置采集电流模拟量的方式。注重细节，严控危险点，才能为电网安全稳定运行保驾护航。

参考文献

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].中国电力出版社，1999.

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【关键词】PLC控制系统干扰源分析处理措施

随着PLC控制系统及变频器等工业生产自动化系统的应用越来越普及和广泛，人们对控制系统及设备的安全性、可靠性要求越来越高，控制系统的稳定运行能力成为安全生产的核心。自动化控制系统中的关键设备PLC控制器、变频器，主要是用在生产现场，生产现场的电气设备和线路形成了复杂的电磁干扰信号。要提高自动化控制系统的稳定运行能力，必须解决各种电磁干扰的影响，才能有效保证系统可靠运行。

一、电磁干扰信号分析

1、主要的电磁干扰信号可以分为共模干扰信号和差模干扰信号。共模干扰主要是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰。共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰，由地电位差及电磁辐射在信号线上感应的同方向共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输送的共模电压普遍较高，有的可高达上百伏，直接影响测控信号，造成元器件损坏。

差模干扰是存在于相线与相线，以及相线与中线之间的干扰。两路输入的干扰信号，大小不相等，或方向不相同。有的通过安装隔离变压器能解决问题。

2、现场实践证明，因电源的干扰产生干扰信号造成PLC控制系统故障的情况占据了相当大的比例，例如在一次安装矿用绞车信号设备时，出现了绞车信号打点时，皮带信号同时也响；皮带信号打点时，绞车信号也响的故障现象。由于打点信号互相影响，直接影响现场的安全生产，通过现场分析实验，发现由于绞车信号和皮带信号接在同一台综保开关上，使用同一路电源相互影响干扰造成。

3、部分控制系统的信号传输回路，为了避免干扰，信号部分和接收设备的公共线都要接地，应尽量使用隔离器将两个接地隔离开。例如一些温度流量的测量调节系统，设备在现场和控制室都需要接地；由于地电位差的存在，如果出现一个以上的接地点就会形成地回路，使仪表引入干扰，因此同一信号回路、同一屏蔽层或排扰线最好有一个接地点，避免有多个接地点，除了既定接地以外，其他部位应与一切金属部分隔离。信号回路的接地位置根据仪表类型决定。温度流量传感器等应在现场接地。避免影响信号精确度和在输入、输出设备中的传输效果。消除感应及外部输入信号形成的干扰。

二、消除自动控制系统干扰源的措施

1、完善可靠的接地措施。其中电源电缆两端接地，电机接地端接在电源段接地排上，最终汇入动力柜汇流排。信号线缆中模拟信号大多单端接地，消除双端接地时地电势不同引起的地电流干扰信号。而对于数字信号大多采用双端接地。带屏蔽单端接地是在电缆一端将金属屏蔽层接地，而另一端不直接接地。在单端接地的情况下，没有接地的一端屏蔽层对地之间有感应电压存在，其电压与电缆长度成正比，但是不会形成电流环流，屏蔽层一端接地利用压制电势电位差消除电磁干扰。在电缆长度不超过一定距离的情况下，效果较好。信号电缆屏蔽层双端接地时，屏蔽层金属端没有感应电压存在，但是有可能感应出电流环流，所以要消除周围干扰信号影响。

如果系统单独设置接地线，接地线必须符合标准，微机系统接地电阻应小于四欧姆。应与周围柜体、设备外壳连接一致，增大接地体的物理面积，使控制系统与周围电器、设备、控制柜等物体之间消除电位差，避免形成干扰信号。

2、利用信号隔离器解决干扰问题。将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。在控制系统的输入端和输出端中间安装信号隔离器后，可以有效预防干扰信号。

3、为了避免电磁辐射引起的干扰，在控制系统中采用隔离性能较好电源，如果条件允许接入电抗器。接地线尽量靠近变频器，远离电源线，变频器所用的接地线必须与其他设备接地线分开接地，绝对避免把所有设备接地线连在一起后再接地，同时变频器的接地端子不可与零线相接。

4、正确敷设、选用系统电缆线路，避免感应耦合引起的干扰。控制电路采用屏蔽线，当控制线和变频器相接时，屏蔽层可不用接地，而只需将其中一端接至变频器信号公共端即可，注意屏蔽层不论接公共端还是接地，只能在一端进行，且不可两端都接。其中控制线尽量远离输入输出线。控制线在空间上应尽量和输入输出线交叉，最好是垂直交叉，而不要平行。两根控制线相邻是可以相绞。以减少电磁干扰。

三、变频器对控制系统干扰分析

1、通过现场实践证明，变频器对现场控制系统干扰最大的是高次谐波干扰。

变频器的工作过程就是一个在控制系统处理下不断的整流、逆变输出的过程。在工作过程中，必然产生各类高次谐波干扰。变频器产生的谐波使电力电容器产生额外的损耗，同时谐波使电压波形畸变产生尖峰电压，损害电容器的绝缘。如果变频器谐波频率与电容器和系统的其他部分构成的串联或并联谐振回路的谐振频率相等或相接近时就会出现谐振，影响电容设备正常运行。还对附近的电子仪表设备产生各种干扰，影响设备正常检测、计量和控制。

2、降低变频器干扰的方法

根据干扰频段的不同，可以在变频器输入端安设滤波器；可以选择降低变频器载波频率，或者在变频器的电源出入线采取增加电抗器、接线采用屏蔽线并且要求二端良好接地，也可对线路增加金属管护套。对变频器本身采取良好可靠接地措施，缩短接线。如果条件允许，可以将变频率器单独装设在专用金属电器柜内，把变频器输出端与电机之间的联线，换成铠装电缆。

PLC控制系统及变频器等工业生产自动化系统是现代生产系统的核心控制部分，只有采取必要的抗干扰措施，消除或减少干扰源，才能保证生产系统可靠、稳定的运行。

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[关键词]物理教学电磁学电磁场电路

物理教材中所阐述的内容主要是经典物理学的基础知识，这些理论是建立在牛顿时空观的基础上，以力学、电磁学为重点。本文就电磁学部分的教学谈谈自己的观点。

一、电磁学的知识体系

电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用，其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象、电磁辐射和电磁场等。为了便于研究，把电现象和磁现象分开处理，实际上，这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系，才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。对此，应从以下三个方面来认真分析教材。

1.电磁学的两种研究方式

整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行。只有明确它们各自的特征及相互联系，才能有计划、有目的地提高学生的思维品质，培养学生的思维能力。

场是物质的相互作用的特殊方式。电磁学部分完全可用场的概念统一起来，静电场、恒定电场、静磁场、恒定磁场、电磁场等，组成一个关于场的体系。

“路”是“场”的一种特殊情况。物理教材以“路”为线的框架可理顺为：静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等。

“场”和“路”之间存在着内在的联系。麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律，是以“场”为基础的，“场”是电磁运动的实质，因此可以说“场”是实质，“路”是方法。

2.认识物理规律

规律体现在一系列物理基本概念、定律、原理以及它们的相互联系中。

物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验，掌握了充分可靠的事实之后，进行分析和比较，找出它们相互之间存在的关系，并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成，也是在物理概念的基础上进行的。

“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的，对金属导电、电解液导电适用，但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系，电阻是电路的物理性质，适用于温度不变时的金属导体。

“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性，用研究电场的方法进行类比，可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念。

“电磁感应”这一章，重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律。在这部分知识中，能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线。本章以电流、磁场为基础，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础。电磁感应的重点和核心是感应电动势。运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的。

“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践，进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场，对场的认识又上升了一步。麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律，同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步。

3.通过电磁场所表现的物质属性，使学生建立“世界是物质的”的观点

电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明，在电荷的周围存在电场，每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用，运动电荷的周围除了电场外还存在着磁场。磁体的周围也存在着磁场，磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。科学实验证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在，电磁场是物质的一种形态。

运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对其它运动的电荷（电流）有磁场力的作用，所有磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间是通过磁场而发生作用的。麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象，得出结论：任何变化的磁场能够在周围空间产生电场，任何变化的电场能够在周围空间产生磁场。按照这个理论，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一场，这就是电磁场。电磁场由近及远的传播就形成电磁波。转从场的观点来阐述路。电荷的定向运动形成电流，产生电流的条件有两个：一是存在可自由移动的电荷；二是存在电场。导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势处指向低电势处。导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例，即导体中形成电流时，它的本身要形成电场又要提供自由电荷，当导体中电势差不存在时，电流也随之而终止。

二、以知识体系贯穿始终，使理论学习与技能训练相融合

1.场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题。电场部分是学好电磁学的基础和关键。电场强度、电势、磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念。电场线、磁感应线是形象地描述场分布的一种手段。

2.电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别，比如，场不是力，电势不是能等。场中不同位置场的强弱不同，可用受场力者受场力的大小（方向）跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度。在电场中用电场力做功，说明场具有能量。通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能，离开了电场就谈不上电荷的电势能了。