某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)車臺(tái)共模干擾信號(hào)的分析與研究

摘 要 在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)車臺(tái)信號(hào)多且信號(hào)復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)干擾問(wèn)題，制約著發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，本文針對(duì)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)車臺(tái)的一次共模干擾引起的超轉(zhuǎn)保護(hù)儀誤動(dòng)作現(xiàn)象，通過(guò)多方面數(shù)據(jù)分析排故，分析共模干擾問(wèn)題，給出解決共模干擾問(wèn)題的途徑，為以后的試驗(yàn)干擾排故提供參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 共模干擾;分析;抗干擾技術(shù)

引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件多變，干擾源產(chǎn)生的干擾也往往以不同的形式出現(xiàn)，但基本上可歸為差模干擾和共模干擾兩大類。所謂差模干擾是指作用在信號(hào)之間電壓，共模干擾是指兩輸入端對(duì)公共地所共有的電壓。

1 車臺(tái)共模干擾信號(hào)案例分析

1.1 故障現(xiàn)象

某渦軸航空發(fā)動(dòng)機(jī)在車臺(tái)試車過(guò)程中在控制器無(wú)任何動(dòng)作其他系統(tǒng)都正常的情況下，超轉(zhuǎn)保護(hù)儀發(fā)出超轉(zhuǎn)保護(hù)信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)大狀態(tài)超轉(zhuǎn)停車現(xiàn)象。

1.2 原因分析

控制器無(wú)任何動(dòng)作，超轉(zhuǎn)保護(hù)儀發(fā)出超轉(zhuǎn)保護(hù)信號(hào)給臺(tái)面的PLC進(jìn)行切油停車。根據(jù)這一現(xiàn)象建立圖1故障樹。根據(jù)故障樹進(jìn)行進(jìn)一步排查分析[1]。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)異常排查分析

發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)停車，首先需對(duì)對(duì)車臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)安排了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行孔探儀檢查。

1）車臺(tái)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析

動(dòng)態(tài)測(cè)試采用的DEWETRON測(cè)試儀進(jìn)行實(shí)時(shí)的瞬態(tài)參數(shù)記錄，從動(dòng)態(tài)波形顯示來(lái)看，發(fā)動(dòng)機(jī)異常時(shí)壓氣機(jī)出口出現(xiàn)較大波動(dòng)，最大波動(dòng)量為88kPa。

2）振動(dòng)數(shù)據(jù)情況分析

從振動(dòng)數(shù)據(jù)分析得到，振動(dòng)幅值在異常前后及異常時(shí)未發(fā)生明顯陡增，主要為（0-150）Hz低頻振動(dòng)陡增導(dǎo)致振動(dòng)總量增大。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)孔探情況

發(fā)動(dòng)機(jī)本體未見(jiàn)明顯異常

通過(guò)動(dòng)態(tài)、振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)的分析，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)孔探情況可排除是發(fā)動(dòng)機(jī)本身問(wèn)題引起的超轉(zhuǎn)保護(hù)儀動(dòng)作引發(fā)的停車問(wèn)題。

（2）超轉(zhuǎn)保護(hù)儀故障排查分析

超轉(zhuǎn)停車后對(duì)超轉(zhuǎn)表記錄的60個(gè)超轉(zhuǎn)值進(jìn)行檢查記錄，核對(duì)超轉(zhuǎn)保護(hù)儀設(shè)置的傳動(dòng)比、超轉(zhuǎn)值停車值是否跟技術(shù)通知單一致;檢查轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)中的傳感器、線路、二次儀表是否正常;與車臺(tái)的PLC聯(lián)調(diào);檢查完畢排除超轉(zhuǎn)保護(hù)儀異常故障。

（3）車臺(tái)干擾導(dǎo)致的誤報(bào)警故障排查分析

該車試驗(yàn)臺(tái)建臺(tái)時(shí)間比較早，使用年限較長(zhǎng)，有些隔離接地的措施沒(méi)有到位，所以干擾問(wèn)題比較明顯。各測(cè)試專業(yè)組為了更好消除干擾問(wèn)題，對(duì)各自的測(cè)試子系統(tǒng)采用的不同的接地方式。發(fā)動(dòng)機(jī)間與測(cè)試間的接線方式如圖2所示。虛線是本次車臺(tái)試驗(yàn)新增部分，測(cè)試人員利用三通把動(dòng)態(tài)測(cè)試的轉(zhuǎn)速信號(hào)接入示波器然后示波器接入振動(dòng)測(cè)試專業(yè)插座，接入插座后打開(kāi)示波器開(kāi)關(guān)按鈕，隨后超轉(zhuǎn)保護(hù)儀發(fā)出停車信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)隨即停車。在示波器回路出現(xiàn)多點(diǎn)接地，“兩地”電位差必然引入干擾源?？梢?jiàn)此次車臺(tái)超轉(zhuǎn)報(bào)警停車是由車臺(tái)干擾引發(fā)的誤停車。

2 共模干擾

由于該車臺(tái)試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)間的地與訊號(hào)地直接往往有幾十米的距離，在兩地之間往往存在一個(gè)電位差。這就是共模電壓。它可能是直流電壓，也可能是交流電壓，其數(shù)值可達(dá)幾伏也可能是幾十伏，這種干擾電壓的引入必定會(huì)嚴(yán)重地影響信號(hào)測(cè)量的正確性[2]。

如圖2所示，車臺(tái)振動(dòng)測(cè)量子系統(tǒng)中振動(dòng)傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)共地，振動(dòng)傳感器信號(hào)進(jìn)入的是不帶隔離功能Enderco6634C電荷放大器，該儀器采用的是“浮地”方式，也就是電荷放大器與地絕緣，以切斷共模干擾電壓的泄漏途徑，使干擾無(wú)法進(jìn)入。對(duì)應(yīng)的插座也做了相應(yīng)的處理，故振動(dòng)測(cè)試子系統(tǒng)抗干擾能力很強(qiáng)。而在動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)中采用的是在傳感器端“浮地”，在這次排故中將示波器接到振動(dòng)測(cè)試子系統(tǒng)中的插座上，因而出現(xiàn)了多點(diǎn)接地，由于存在地電位差，因此產(chǎn)生共模干擾，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)形成對(duì)地的泄漏電流，漏電流通過(guò)電阻的耦合就能直接作用于超轉(zhuǎn)保護(hù)儀，產(chǎn)生干擾導(dǎo)致超轉(zhuǎn)保護(hù)儀保護(hù)停車。

3 抗共模干擾措施

為了有效抑制共模干擾，正確的接地是唯一的途徑;此外還提高二次儀表的干擾能力，如采用差分輸入。

3.1 正確的接地

接地技術(shù)是抑制干擾的有效技術(shù)之一，可分為保護(hù)接地，屏蔽接地和信號(hào)接地，測(cè)量系統(tǒng)的共模誤差主要是由于共模電壓引起的線路中的電流造成的，特別是地電位引起的地回路電流。所以，接地的一個(gè)基本原則就是單點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地不會(huì)形成回路，因而也不會(huì)造成共模誤差。單點(diǎn)接地不僅是指通過(guò)導(dǎo)線連接，而且要盡量放在接地點(diǎn)以外的任何電阻、電容或電感耦合[3]。

單點(diǎn)接地原則不僅對(duì)信號(hào)線適用。而且對(duì)信號(hào)線的屏蔽層也應(yīng)遵守。如果導(dǎo)線的屏蔽有一個(gè)以上的接地點(diǎn)，由于地電位差也會(huì)在屏蔽層產(chǎn)生電路，因而通過(guò)它與芯線的電容也會(huì)在芯線上耦合出干擾電壓。所以，屏蔽也應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)。

3.2 提高儀表的抗干擾能力

車臺(tái)的超轉(zhuǎn)保護(hù)儀屬于我所自主研制的儀表，車臺(tái)儀表應(yīng)根據(jù)車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇濾波，在信號(hào)輸入端采用阻容濾波， 是一種簡(jiǎn)易而較有效的方法。具體數(shù)值我們可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的干擾情況（干擾源的頻率）通過(guò)試驗(yàn)而定，從而確定所設(shè)計(jì)的濾波環(huán)節(jié)的濾波能力。在前兩種方法都無(wú)法抑制干擾的情況下，有時(shí)必須對(duì)儀表進(jìn)行抗干擾改造，比如增加隔離模塊，降低系統(tǒng)的靈敏度，提高系統(tǒng)的門檻電壓等[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)有的車臺(tái)建設(shè)中，車臺(tái)建設(shè)中已盡可能采用抗干擾措施進(jìn)行抗干擾，但干擾源的存在過(guò)于廣泛，而且具體指出實(shí)際存在的干擾途徑都是極其困難的。解決干擾的問(wèn)題途徑很多，很多時(shí)候需要多嘗試，尋找出最終找到解決車臺(tái)干擾問(wèn)題的途徑。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)生故障應(yīng)充分利用測(cè)量數(shù)據(jù)分析問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際情況靈活的解決問(wèn)題，保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭良廣，王飛，侯曉偉.傳導(dǎo)性電磁兼容干擾信號(hào)自動(dòng)處理研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2018（3）：125-128.

[2] 單曉明，黃金泉，周文祥，等.渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究及試驗(yàn)驗(yàn)證[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2013（4）：9-17.

[3] 張勝曹.儀表的干擾來(lái)源及抗干擾措施[J].工程技術(shù)，2008（31）：66-67.

[4] 樊錫德.用差分放大器消除多地接地系統(tǒng)的共模干擾[J].電子與自動(dòng)化，1994（3）：38-39.

作者簡(jiǎn)介

徐蕾璐（1987-），女，江西省吉安市人;學(xué)歷：碩士研究生，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試。