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电磁辐射抑制赏析八篇

时间:2023-10-18 10:22:37

电磁辐射抑制

电磁辐射抑制第1篇

关键词:自动化控制系统;电磁源干扰;抗干扰;措施

1 电磁干扰的主要来源

1.1 空间的辐射干扰

一般来说,空间辐射电磁场(EMI)的分布十分复杂,且内部构成元素多样,包括电力网络、雷电、高频感应加热设备、雷达、无线电广播等,而这些设备构成元素所产生的干扰即称之为:空间的辐射干扰。电磁场受到辐射干扰的原因与PLC系统设置场地有关,它如果被设置在射频场内,那么辐射干扰一方面由电路感应直接对PLC内部产生辐射,另一方面由通信线路感应对PLC的通信网络产生辐射,最终引起电磁干扰的产生。

1.2 系统外引线的干扰

系统外引线的干扰(又称传导干扰),其干扰介质包括电源、信号线与接地系统,该干扰现象频繁出现在我国的工业现场,具体表现为三大类现象。①电源导致的干扰现象,由于PLC系统主要通过电网来实现供电,但因电网需要供应较广阔的覆盖面积需求,如此极易造成输电过程中众多干扰因素(如电网内部变化、电网短路暂态冲击等)通过输电线路造成干扰,产生电源引入干扰造成PLC控制系统的故障。②信号线产生的干扰现象,在PLC系统中各类信号传输线一方面具有传输各类有用信息的功能,但另一方面却通过变送器供电电源、共用信号仪表、信号线等引入一些外部干扰信号,进而导致电磁干扰问题的产生。③接地系统造成的混乱干扰现象,电子设备电磁兼容性(EMC)可以通过接地系统来达到有效目的,接地系统正确运行可以同时实现对电磁干扰与设备外发干扰现象的抑制,一旦接地系统错误运行则会导致信号被严重干扰,就会造成PLC系统工作的瘫痪。

1.3 PLC系统内部的干扰

PLC系统内部的干扰,是因内部元器件与电路之间的电磁辐射而造成的干扰现象。主要的辐射干扰类型有:元器件之间因相互不匹配使用而产生辐射干扰;逻辑电路间的辐射干扰;模拟地与逻辑地间的辐射干扰等,这些PLC系统内部的干扰现象同样为造成整个电磁干扰问题的产生。

2 自动化控制系统抗电磁源干扰的措施

2.1 更换隔离性能较好的供电电源,减少电网引入干扰

电源是PLC控制系统的重要元素,在PLC系统中具有各种供电电源的电磁干扰因素会通过电源产生电网引入干扰问题。因此,不能忽视各类供电电源对PLC控制系统的影响,为了实现自动化控制系统的抗电磁源干扰,需要更换隔离性能较好的各类供电电源,从而减少或抑制因电网引入而产生的干扰现象。

2.2 合理挑选传输电缆,根据传输信号种类分层敷设

在PLC自动控制系统中,传输电缆的挑选也十分重要,因为传输电缆也是一种电磁干扰介质,能够通过信号线向PLC系统引入干扰因素。为此,应根据不同类型的信号需求来挑选相应的传输电缆,并根据传输信号种类进行分层敷设,这样才能减少因信号线与动力电缆出现平行敷设而产生电磁干扰问题。由于动力电缆具有辐射电磁干扰,特别是变频装置馈电电缆引入的辐射电磁干扰更为严重,为此信号电缆与动力电缆需要区分出来,可挑选铜带铠装屏弊电力电缆,这易于减少动力线造成的电磁干扰。

2.3 加装信号滤波器,采用软件抗干扰技术

因信号线之间的传输会造成电磁干扰,为此需要在信号两极之间加装信号滤波器,这样既可减少信号接入计算机之前信号线与地间并接电容而产生的共模干扰,又可相应抑制差模干扰的现象。当然,因电磁干扰问题较为繁杂,仅靠信号滤波器来抑制干扰还不够,还应积极采用软件抗干扰技术来辅助,在PLC控制系统软件设计与组态过程中加入抗干扰软件技术,以此来提高PLC系统软件结构的可靠性。具体的软件抗干扰技术措施有:①通过动态零点技术定时校正参考点电位来实现电位漂移的控制;②通过数字滤波与工频整形采样来实现周期性干扰消除的效果等。

2.4 完善接地系统,保障安全与抑制电磁干扰

接地系统是PLC自动控制系统中的主要成分之一,因而需要完善接地系统以保障系统的安全及抑制系统的电磁干扰。一般来说,浮地、直接接地、电容接地是接地系统的三种主要方式,作为一种高速低电平控制装置的PLC控制系统,其需要通过直接接地方式来保障系统安全与抑制电磁干扰。PLC系统的控制装置会受到信号电缆分布电容及输入装置滤波等因素的干扰,因而PLC控制系统应选用一点接地与串联一点的接地方式,并控制装置之间的信号交换频率不能超过1MHz。而对于集中布置的PLC系统来说,可采用并联一点接地方式,将接地点选择在各装置的柜体中心,通过单独的接地线引向接地极,以保障系统安全及抑制电磁干扰。

综上分析,人们需要重视电磁干扰潜在的危害性,在产品设计过程中充分考虑各种产生电磁干扰现象的因素,进而实现自动化控制系统中抗电磁源干扰的高效目的。

[参考文献]

电磁辐射抑制第2篇

[关键词]计算机设备 电磁干扰 敏感 可靠运行 电磁兼容性

[中图分类号]F224-39 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158(2013)06-0069-01

1 引言

随着自动化技术和半导体期间迅速发展,电力电子技术和微电子技术迅速地向电器控制设备领悟渗透,逐渐形成了电力电子设备相结合、弱电与强电交互工作的局面。近年来,由于机电一体化和测量与控制一体化的发展,形成了复杂的自动化系统,电磁环境和电磁干扰问题日趋复杂。

自然界的各种充放电现象和人类的各种用电活动,都会使空间电场和磁场产生有序或无须的变化。电磁环境及其变化过程对处于该环境的各种电气设备产生各种形式的电磁干扰。

电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,简称EMC俗称抗干扰)是指干扰可以在不损害信息的前提下与有用信号共存。电磁兼容性比较切贴的定义为:装置回系统在其设置的预定场所投入实际运行时,既不受周围电磁环境的影响,又不影响周围的环境,也不发生性能恶化和误动作,而能按设计要求正常工作的能力。

电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作,甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此,对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作,又要注意电子设备本身不对周围其它设备产生电磁干扰,影响其它设备正常运行。

2 形成电磁干扰要素

一般情况下,形成电磁干扰的要素有三个:①电磁干扰源;②耦合途径或传播通道;③敏感设备。

电磁干扰的传播途径包括传导耦合和辐射耦合。传导耦合必须在干扰源和敏感设备之间有完整的电路连接。这个传输电路可包括导线、设备的导电部分、供电电源、公共阻抗、接地平面、电阻、电感、电容和互感元件等。

辐射耦合是通过介质以辐射电磁波形式传播,干扰能量按电磁波的规律向周围空间发射,常见的辐射耦合有三:①干扰源天线发射的电磁波被敏感设备天线以外接收,称为天线对天线耦合;②空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线的耦合;③两根平行线之间的高频信息感应,称为线对线感应耦合。

传导耦合包括互传导耦合和导线间的感性与容性耦合。辐射耦合包括近场耦合和远场耦合。

电磁干扰敏感设备一般将端口分为以下5类:外壳端口;交流电源端口;直流电源端口;控制线\信号线端口;接地端口,即系统和地活参考地之间的连接。

3 抑制电磁干扰措施

电磁兼容(EMC)的基本含义是,保证电子设备在共同的电磁环境中执行各自功能的共存状态而互不干扰。电子产品的电磁兼容设计,就是在电子产品设计时,设法抑制(消除)电磁干扰,提高电子产品在电磁环境中的工作稳定性和可靠性。

抑制(消除)电磁干扰主要有接地、屏蔽和滤波三种方法,三种方法各具特色,也相互关联。

1)接地。在电磁兼容设计时,接地是十分重要的环节。良好接地可以消除各种噪声的产生,减少电磁干扰的作用,降低对屏蔽和滤波的要求。

常见的接地方法有浮地、单点接地和多点接地三种。采用浮地的方法,不仅可以将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线隔离开来,而且还可以使不同电位的电路之间的配合变得容易,它的主要特点是抗干扰性能好。单点接地的方法在低频条件下效果好,多点接地的方案则在高频条件下有较佳表现。与单点接地相比,多点接地的主要有点是接线比较简单,而且在接地线上出现高频驻波的现象也明显减少。但多点接地系统中的众多地线回路对线路的维护提出了更高的要求。应为设备本身的腐蚀、冲击振动和温度变化等因素,都会使接地系统出现高阻抗,使其接地效果变差。

为了回避单点接地和多点接地的缺点,充分发挥各自的优点,在实际设计时,通常采用混合接地方式。所谓混合接地,就是对电子系统的各部分工作情况做一分析,只将那些需要就近接地的电直接(或需要高频接地的电通过旁路电容)与地平面相连,而其余各点采用单点接地的办法。

2)屏蔽。屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个:一是抑制辐射能量越出某一区域;二是防止外来的辐射电磁能力量进入某一区域。在电源设计时,主要是采用全封闭的金属外壳封装来实现屏蔽,达到抑制辐射电磁干扰的目的。

3)滤波。滤波是将信号定波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施。是根据观察某一随机过程的结果,对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。滤波能有效地抑制通过载流导体传播的电磁干扰(即传导电磁干扰)。采用滤波的目的有两个:一是限制传导电能通过载流导体越出莫一区域;二是防止外来的传导电能通过载流导体进入莫一区域。

传导电磁干扰分为差模干扰和共模干扰两种。在实际工作中,抑制电源传导电磁干扰通过载流体传播,主要是采用在电源的输入端和输出端设置差模共模滤波器。例如,安插在电源与电子设备之间的电源线滤波器就是抑制电源线传导电磁干扰的重要手段,它对提高电子设备在电磁环境中运行的可靠性(电磁兼容性)有着重要的作用。

4 电磁兼容的设计思路

为了提高电子设备的电磁兼容能力,必须从开始设计时就给予电磁兼容性以足够的重视。电磁兼容的设计思路可以从电磁兼容的三要素,即电磁干扰源、电磁干扰可能传播的路径及易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件人手。

1)首先,要充分分析电子设备可能存在的电磁干扰源及其性质,尽量消除或降低电磁干扰源的参数。

2)其次,要充分了解电磁干扰可能传播的路径,尽量切断其路径,或降低与电磁干扰耦合的能力。

3)最后,要充分认识易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件,尽量杜绝其接收电磁干扰的可能性。

据此,在设计时应采取相应对策,消除或部分消除可能出现的电磁干扰,以减轻调试工作的压力。在调试中,针对具体出现的电磁干扰,以及接收电磁干扰的电路和元器件的表现进行分析,以确定电磁干扰源所在及电磁干扰可能传播的路径,再采取相应的解决办法。

5 结束语

本文概述了电磁干扰和电磁兼容的基本知识,综合分析了电磁干扰产生机理和抑制对策。总的来说,电磁干扰主要采用滤波、屏蔽、接地,合理布局布线,挑选适当的元器件和电路技术等方法。与其它电子设备一样,为了达到电磁兼容性要求,采用一种方法往往是不够的,需要综合采用几种方法,才能起到良好的效果。为了提高电子设备的电磁兼容能力,必须从开始设计时就给予电磁兼容性以足够的重视。

参考文献

电磁辐射抑制第3篇

【关键词】变频器;电磁传导;感应耦合;隔离;屏蔽

引言

变频器作为节能应用与无级变速控制中越来越重要的自动化控制设备,在生产生活中的应用越来越广泛。但变频器的运行总是受到来自外部电網、晶闸管等交直流互换元件、电力补偿电容造成的畸变波形电压、电流的干扰,造成设备自身失控、失灵。同时由于在开关模式与高速运行切换的运行状态,其产生的大功率高次谐波和耦合性噪声对同一电網及变频器系统的其它电子线路产生谐波和电磁干扰;其次因它自身非正弦波电路耦合波形的传播,造成电路系统输入电压产生畸变,使电網系统及电机设备无功功率增加,直接影响电網及负载运转特性;再次它通过感应方式将电磁波耦合到对周边邻近的电子等设备中,其感应电压、电流信号直接干扰电子设备的正常运行。上述原因均局限了变频器的实际应用范围,为此本文就变频器应用系统中干扰的成因及其传播途径进行讨论,提出了抗干扰的解决办法。

1.变频调速电气系统的主要电磁干扰成因及传播路径

1.1变频器的工作原理

变频器一般由整流部分、电容部分、逆变部分和控制部分组成。系利用半导体元器件的导通特性,将工频电流变换为直流电流,再经过电容滤波整流,再被逆变器转化成不同频率、幅度的钜阵波形,最后被控制器控制输出和叠加为近似正弦波的交流电,并驱动交流电动机运行。

我们知道,交流电动机的同步转速表达式为:

n=60 f(1-s)/p (1)

式中n——异步电动机的转速;

f——异步电动机的频率;

S——电动机转差率;

P——电动机极对数。

由式(1)可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0~50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

1.2变频器的电磁干扰成因及传播路径

电磁干扰是指变频器电气系统,在外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰,通常是通过电路传导和以场的形式传播的。电網中大量的包含谐波源的电气负荷如:整流设备、非线性负载、电力补偿电容等,使电網中的电压、电流产生波形畸变,造成变频器出现过压、欠压及射频干扰,其主要表现为电網系统中有许多变频器输入、输出电流包含很多高次谐波。高次谐波挤占能源造成线路及设备无功损耗,并将部分能量传播出去,就形成对电气系统和变频器自身的污染性干扰源。变频器的整流桥对电網来说是非线性负载,它所产生的谐波会对同一电網的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外,变频器逆变器技术的应用,由于其处于高速切换时,产生了大量耦合性噪声与谐波干扰。这些都直接对变频器电气系统内其他的电子、电气设备产生了电磁干扰源。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分为空间辐射干扰即传导、电磁辐射干扰、感应耦合。

1.2.1传导性干扰。电網中大量的包含谐波源的电气负荷输入电流波形呈现不连续>中击波形式,有很强的高次谐波,其占工频50HZ基波的70%~80%;其输出端波形为方形波形,接近正弦波,与载波频率相等,谐波分量较大。电力系统电压、电流因畸变产生干扰源,其电磁干扰通过与其相连的导线向外发射,同时也通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰谐波传导入其它电路。干扰谐波信号将沿着线路进入配电变压器和中压網络,并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电網络,使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。其传播的路程可以很远。

1.2.2电磁辐射性干扰。变频器的整流桥对电網来说是非线性负载,它所产生的谐波对接入同一电網的其它电子、电气设备产生谐波干扰。若变频器外部没有一个全封闭金属外壳进行屏蔽,其将通过空间向外辐射电磁波干扰。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的逆变桥大多采用PWM技术,当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时,其输出的电压和电流的功率谱是离散的,并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换(dv/dt可达1kV/us以上)所引起的辐射干扰问题相当突出。若变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞,则辐射强度与干扰信号的波长有关,当孔洞的大小与电磁波的波长接近时,会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样,变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

1.3.3感应耦合性干扰。感应耦合干扰可以分为导体间的电容耦合形式、电感耦合形式或电容与电感混合形式。这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。当干扰源的频率较低时,干扰的电磁波辐射能力相当有限,而该干扰源又不直接与其它导体连接,但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合,在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。

2.谐波干扰成因及其途径

谐波引起电網中局部的串联或并联谐振,从而使谐波放大。使电網中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率。

谐波可以通过电網传导到其他的用电器,导致继电器等保护设置误动作或使电器仪表计量不准确,从而影响许多电器设备的正常运行,比如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热、绝缘老化、寿命缩短,以至于损坏;还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。

3.电磁辐射干扰成因及其途径

电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受干扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱。一般来讲,变频器对电網容量大的系统影响不十分明显,这也就是谐波不被大多数用户重视的原因,但对系统容量小的无线电和通讯系统,谐波产生的干扰就不能忽视。

4.解决干扰办法

形成电磁干扰须具备电磁干扰源、电磁干扰途径和对电磁干扰敏感的系统等要素。为防止干扰,一般从抗和防两方面入手来抑制干扰,其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体办法为:

4.1

对干扰源进行隔离。将干扰源与易受干扰的部分隔离开来,单独布置使它们不发生电的联系。应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开,比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间以减少干扰。在变频调速传动系统中,通常是在信号源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

4.2滤波。变频器在运行中产生的高次谐波会对电網产生影响,可能造成电網压降很大、电網功率因数较低。一般的解决方法主要采用无功率补偿装置以调节功率因数,同时根据具体情况在电源进线端和接负载侧同时采取加装电抗滤波器,以尽量减少对电網的影响。增加输入输出滤波器,其主要是用电感线圈来构成,通过增大线路在高频阻抗削弱较高谐波,增加高频电容器件构成滤波器滤掉辐射能量的谐波;在输出端滤波器的电容器与电动机侧相接。

4.3屏蔽。屏蔽干扰源应尽量采取把变频器全封闭在金属壳内,并将金属外壳进行可靠接地,以减少通过空间对外辐射电磁波,降低对其他设备的干扰,特别是对电子线路和设备的干扰。另一方面,变频器采用了高性能的微处理器等集成电路,对外来的电磁干扰较敏感,会因电磁干扰的影响产生错误,对运行造成恶劣影响。外来的干扰通过从变频器控制电缆为媒介的途径侵入,所以在铺设电缆时必须采取充分的抗干扰措施。通常采取的措施为:模拟量控制线路必须使用屏蔽线,屏蔽层。靠近变频器一端应接控制电路的公共端。(COM)而不应接在变频器的接地(E)或大地,屏蔽层的另一端悬空。控制线与主设备线路分设,并不设在同一管路中,增加控制线外屏蔽层或屏蔽罩,并接地。

4.4接地。变频器金属外壳接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。很大程度上抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。变频器的接地端E应与大地良好的连接,当变频器和其他设备或多台变频器一起接地时,每台设备应单独与地连接,而不允许将一台设备的接地端和另一台的接地端连接后再接地,以减少空间的辐射和设备之间的相互干扰,使设备正常运行。增大变频器接地线的截面,其长度控制在20M以内。

4.5使用数字信息和光缆传输技术。当变频器的使用环境有严格限制或要求时,其主要控制电路可以采用数字控制电路和光缆传输技术,尽可能是减少干扰因素,达到传输精准,使用可靠的目的。

5.抑制谐波的对策

5.1增加变频器供电电源内阻抗,内阻抗越大,谐波含量越小,这种内阻抗就成为变压器的短路阻抗。

5.2增加输入电抗器和输出电抗器。在输入电路内串入交流直流电抗器,其进线电流的THDV大约降低30%~50%,是不加电抗器谐波电流的一半左右。在变频器到电动机之间增加交流电抗器,减少在变频器输出能量传输过程中,线路产生的电磁辐射。该电抗器必须安装在距离变频器最近的地方,尽量缩短与变频器的引线距离。

电磁辐射抑制第4篇

关键词:变频器;干扰; 抑制

Abstract: The application of the transducer in industry was more and more widely; its interference problems cause the attention of people increasingly. This article mainly introduced in the application system of the inverter interference source and spreading route, put forward practical resolvents, elaborated in the application system of the inverter design and installation of ant jamming measures.

Key words: inverter; interference suppression;

中图分类号:TN773 文献标识码:A

1引言

随着科学技术的高速发展,变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中,但随之也带来了一些干扰问题。如果变频器的干扰问题解决不好,不但系统无法可靠运行,还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。

2变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

2.1 主要电磁干扰源

电磁干扰也称电磁骚扰 (EMI),是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰,通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另一方面,电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源,这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其他设备产生危害的干扰。

2.2 电磁干扰的途径

变频器能产生功率较大的谐波,对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分电磁辐射、传导、感应耦合。下面分别加以分析。

2.2.1 电磁辐射

变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内,它就可以通过空间向外辐射电磁波。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。

当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞,则辐射强度与干扰信号的波长有关,当孔洞的大小与电磁波的波长接近时,会形成干扰辐射源向四周辐射。

2.2.2 传导

上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射,也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比,其传播的路程可以很远。

2.2.3 感应耦合

感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时,干扰的电磁波辐射能力相当有限,而该干扰源又不直接与其它导体连接,但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合,在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。

3抗电磁干扰的措施

据电磁性的基本原理,形成电磁干扰(EMI)须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰,可采用硬件和软件的抗干扰措施。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

3.1 隔离

所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中,通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

3.2 滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗,在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰,可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备,可在电源线上设置电源噪声滤波器,以免传导干扰。

3.3 屏蔽

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号线尽可能短,且信号线采用双芯屏蔽,并与主电路及控制回路完全分离,不能放于同一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效,屏蔽罩必须可靠接地。

3.4 接地

实践证明,接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式,要根据具体情况采用,要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等,还须在软件上采取抗干扰措施。

3.5 正确安装

由于变频器属于精密的功率电力电子产品,其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。安装工艺要求如下:

第一,确保控制柜中的所有设备接地良好,应该使用短、粗的接地线连接到公共地线上。

第二,安装布线时将电源线和控制电缆分开。

第三,使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时,确保未屏蔽之处尽可能短,条件允许时应采用电缆套管。

第四,确保控制柜中的接触器有灭弧功能,交流接触器采用R-C抑制器,也可采用压敏电阻抑制器,如果接触器是通过变频器的继电器控制的,这一点特别重要。

第五,用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时,要将屏蔽层双端接地。

第六,如果变频器运行在对噪声敏感的环境中,可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。

电磁辐射抑制第5篇

【关键词】火花塞;电磁干扰;脉冲响应

1.引言

无人机发动机活塞点火时需要高达10000V左右的电压,高压点火线会向外辐射强电磁干扰。据测量点火装置在10m范围内产生的场强约为10000μV/m,相应的电磁干扰频谱分布在150kHz~1GHz,是几十兆至几百兆机载无线通信的主要干扰源,如果不采取干扰抑制措施,在小信号时将影响遥控接收机的数据正确解调。情况严重时,如果不采用纠错编码,将导致接收机的灵敏度下降几十个dB。目前国内外针对火花塞点火系统中电磁干扰机理和抑制措施都有研究和报道,但电磁干扰抑制措施基本上都是针对发动机的,包括增大火花塞内置电阻阻值并减小其于放电电极之间的距离,缩小高压点火线的尺寸并加强屏蔽措施。火花干扰在低频段辐射的强度很大,即使采取上述措施后,仍然会有大量的低频干扰进入接收机。

2.脉冲干扰产生的原因

电磁干扰源分为自然界和人为两种。自然

界的电磁干扰主要是雷击产生的大气噪声(10MHz)。人为电磁干扰源分为有意和无意两种,前者是指那些必须发射电磁波的电子设备,如调频波、调幅波、电视、广播发射机以及雷达和移动无线通讯机等;后者是指那些工作时产生无用的电磁干扰信号的电子设备,如计算机设备、继电器、开关、荧光照明灯、电弧焊机以及点火装置等。

从高压的产生、传送到火花塞每个环节都会产生辐射,同时辐射脉冲信号的频谱是非常丰富的(频率覆盖范围很广,可以从几十KHz~上千MHz,从中波收音机到超短波电台都能收到这个干扰信号)。

虽然飞机选用了金属盒的CDI、带电阻的火花塞、“屏蔽”高压线,但也只是部分削弱了辐射的能量,并没有把辐射减至最少或完全消除;我们同时也需要考虑CDI制造厂家的技术实力、成本控制、滤波电路的设计问题,还有不可忽 视通过CDI电源线窜出的脉冲信号。

3.预防措施

弄清了脉冲干扰的形成原因,我们就可以采取一些措施有效的减小和防止其对遥控系统的干扰。

3.1 要重新屏蔽高压线

(1)下面先简单的介绍微波理论中的基本传输线原理

用于本文无人机用汽油机电磁干扰的形成过程,大家不要以为飞机已经使用了高压屏蔽线,或者我们自己简单在外层缠绕铝箔纸就能屏蔽高压线上的辐射(这部分的辐射最大),其实采用单芯屏蔽高压线或自己简单的缠绕铝箔纸的方法,恰恰使该结构不尽意间成了辐射源的辐射天线(尽管辐射的强度根据频谱不同有强有弱)。因为它违背了高频电路的辐射特性。正确的做法是屏蔽层上不能让它传输电流,即只能一端接“地”,这是因为电流通过导线会产生磁场;变化的磁场产生变化的电场。因此,我们应该去采取下列措施:在原“屏蔽层”,也就是高压线金属网外先加一层绝缘层,然后再用铝箔纸缠绕,这里,缠绕的铝箔纸一端需接CDI的金属外壳,这样就能使这段高压线几乎不产生辐射。

(2)选用PCM编码制式的接收机

首先,PCM在编码时有检错和纠错的功能。其次,可以选用选二次变频的接收机。使用二次变频接收机的好处是,二次变频接收机第一中频有晶体窄带滤波器,其抗干扰能力要强于一次变频的接收机,如Futeba的128DP、149DP、309DPS。

在这里,大家要切记:接收机使用时一定要远离CDI系统,包括CDI电池和开关,这时接收机采取屏蔽是没用的。我们做过实验:在45CC汽油机的飞机上分别装了一次变频的PCM接收机137P和二次变频的PPM编码的接收机168DF,137P的在地面使用基本满足要求,但是在空中当汽油机油门开到最大时,虽然我们设定了PCM失效保护,但是还是不时出现失控状态;而使用168DF时,在地面油门开到最大时,控制舵面就出现时有时无的情况。

(3)将遥控器的PCM失效保护设置打开

一般情况下,将遥控器的发射机PCM失效保护功能设置为二种:一是用户设定模式,当接收机受到干扰时,接收机自动将舵机恢复到用户事先设定的位置。这是因为,在我们设置好遥控器的同时,数据就已经被存储在PCM接收机CPU中EEROM里了。当我们需要这种模式时,就做如下设置:将方向舵归中、油门打到最小、带点上舵、副翼改平。这里根据飞机不同,舵量有所改变。这样做的好处是:如果飞机在空中受到干扰,就可将损失和对地面人员的危险减至最低;如果干扰是发生在汽油机大油门状态时,一般可在1秒左右时间恢复。二是当接收机受到干扰,飞机收不到PCM编码中的同步信号时,可以保持最后有效指令状态。这也是大部分遥控器的默认设置。

(4)尽可能选用金属壳的CDI

如果塑料壳CDI的内部没有屏蔽DE的话,我们就要采取下面的外部屏蔽措施:

第一,CDI尽量放在第一舱,置于机头,远离接收机。这是因为,辐射信号随距离增加,衰减的很快;

第二,CDI开关和电池也要尽量装在飞机前部;

第三,CDI的电源引线在根部要穿高频磁环(几圈);

第四,每次飞行前要认真的检查CDI的高压嘴与火花塞是否配套,检查是否插紧。

(5)处理油门舵机

第一,油门舵机一般要尽量靠近汽油机,与化油器的连杆不要使用整根金属连杆,中间一段可用木杆代替;

第二,舵机与接收机的引线要穿高频磁环几圈。这是因为舵机的接口电路大都是高阻抗设计,为减少接收机里CPU输出给舵机控制信号的驱动负载,可以防止感应的脉冲干扰信号通过舵机引线传到接收机里。由于汽油机的机体都较长,舵机引线较长,甚至为防止其他舵机长引线窜回接收机里(有可能感应到辐射脉冲的干扰,对系统产生干扰)所有的舵机引线尽可能的穿几圈高频磁环;电源开关进接收机的引线也要做相同的处理。

4.结束语

这五项改进措施,可将汽油机的火花脉冲干扰减至最低。本文归纳的是我们在日常飞行实践中的一些办法,相信大家会总结出更好更实用的措施,如果能起到抛砖引玉的作用,也是笔者的欣慰。

参考文献

[1]顾诵芬.飞机总体设计[M].北京航空航天大学出版社, 2008.

[2]黄鑫.脉冲喷气发动机的性能测量[J].2009,7.

电磁辐射抑制第6篇

(中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽 合肥 230031)

【摘要】本文对系留气球的电磁兼容性试验进行了研究分析,根据测试曲线和故障现象,对各个设备进行超标现象分析和超标部位定位,再进行针对性的整改处理,以满足设备电磁兼容特性。试验结果表明,这些整改措施有效地解决了系留气球干扰超标和敏感的问题,提高了产品的电磁兼容性,对类似产品的电磁兼容性设计也具有一定的指导意义。

关键词 系留气球;电磁兼容;分析;整改

0引言

系留气球是一种较为特殊的浮空器,依靠充入内部的轻于空气的气体提供的升力将有效载荷带到一定高度的空中工作,实现既定的任务。系留气球是用缆索栓系固定的浮空器,借助于系留缆索、气动升力和剩余浮力,可以在空中特定范围内实现定高度、长时间驻留。作为空中平台,适合搭载各种通讯、干扰、侦察和探测等电子设备。系留气球系统平台包含电源分系统、测控通信分系统、压力调节分系统、动力分系统、环控分系统等。由于多种电子设备集中在一个相对较小的空间内,在提高设备集成度、降低体积与安装空间的同时,不可避免地带来了内部电子部件之间的电磁干扰问题,给设备的正常可靠工作带来潜在的影响。

为保证设备满足GJB151A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》的要求,并在电磁环境中能够正常的工作,特别是提高系统在恶劣的电磁环境中保持良好的工作状态,就需对各类电子设备进行电磁兼容试验,对没有通过的试验项目就行分析、整改,以达到满足环境的需要。

根据在电磁兼容试验室对各个分系统进行的摸底试验结果,主要有CE102、CE107、CS114、RE102、RS103五个项目在个别分系统中出现了不同程度的超标或者敏感现象。根据测试曲线和故障现象,需要对各个设备进行超标现象分析和超标部位定位,再进行针对性的整改处理,以满足设备电磁兼容特性。

1电磁兼容方案设计

电子设备实现电磁兼容性,主要有两种措施,一是屏蔽,切断干扰源在空间的传播途径;二是将干扰信号滤除,抑制干扰源,切断线路传播途径以达到电磁兼容的目的。本方案中,主要采用切断线路传播途径技术,对干扰源信号、电源系统输入、输出端进行滤波处理,滤除电磁干扰。同时对机箱外壳、线缆处做屏蔽处理,降低设备通过空间缝隙辐射对其它设备造成影响,从而达到电磁兼容的目的。

2电磁兼容分析

根据设备组成框图以及测试情况对系统进行电磁兼容设计分析。

2.1电源线传导发射(CE102)超标现象分析

设备的传导骚扰发射超标,主要是设备电源线传导发射(设备产生的射频骚扰电压经过电源线传导出来)。由于设备电源入口没有添加电源滤波器,或者添加的电源滤波器在某一频段的插入损耗值未能满足电磁兼容性要求,骚扰经过电源线直接传导出来,导致电源线传导发射超标。

2.2电场辐射发射(RE102)超标现象分析

根据超标现象分析,辐射超标有两种可能:一种是设备外壳屏蔽性能不完善,比如连接器未与机壳有良好导电接触,设备机壳与盖板之间因为有缝隙而导致屏蔽不完善;另一种是由于电源线、其他信号线缆未进行滤波处理,或未对线缆进行良好的屏蔽,射频的电磁骚扰经电源线和其他信号线缆对外辐射发射,导致设备电磁兼容试验超标。

2.3电源线尖峰信号传导发射(CE107)超标现象分析

设备电源开关接通和断开瞬间产生的尖峰信号是造成CE107项超标的主要原因。需要采取抑制器件对开关瞬间尖峰进行吸收,使测试数据满足电磁兼容大纲要求。

2.4电场辐射敏感度(RS103)超标现象分析

在空间施加电场辐射干扰,干扰通过空间和线缆耦合两种方式进入设备内部,影响设备正常工作。

2.5电缆束注入传导敏感度(CS114)超标现象分析

经排查,发现设备网线未采取屏蔽处理,通过电流卡钳注入的干扰通过网线进入内部电路,影响敏感元器件的工作,从而使设备出现数据故障。

3电磁兼容整改

根据超标曲线,对各分系统进行一系列的整改措施。

3.1各单体电源线传导发射(CE102)的设计整改

在电源分配单元输入端增加相匹配电源滤波器,用来抑制电源线缆上10K-10M的传导骚扰发射。电源滤波器采用高性能可靠性器件,对入口电源部分进行处理。按照以往整改经验,可采用和后端设备相匹配的滤波电路对电源线上的干扰进行滤除,在宽的频率范围内有良好的共模、差模插入损耗。滤波器外形如图1所示:

3.2电源线尖峰信号传导发射(CE107)整改

根据测试发现,CE107超标主要因为空气开关(外加开关,本身不属于系统组成)闭合和断开瞬间本身就有很强的尖峰干扰,引起试验超标,针对此种情况,我们在系统前端添加电源滤波器(下转第52页)(上接第11页)对尖峰进行吸收的方式来降低尖峰干扰值,从而使测试开关瞬间电压值达到大纲规定值。

3.3电场辐射发射(RE102)的设计整改

使用近场探头来对超标点进行定位分析,测试方法如图2所示:

当设备处于全工作状态时,采用近场探头测试机柜各部位(包括线缆、按键、缝隙等),发现以下电磁泄漏点。

1)电源线泄露

在各分系统前端添加电源滤波器,特别注意电源滤波器后端到各分系统电缆的屏蔽处理。对导线进行屏蔽处理,减小导线的耦合干扰。直接避免输入线缆过长和未屏蔽而造成辐射超标。本次整改主要对线缆进行屏蔽处理,来防止空间与其他线缆之间的耦合。

2)信号线泄露

对于设备的信号线缆,按照定义分别在设备两端进行滤波处理,并对连接线缆使用屏蔽材料进行屏蔽处理。

经检查发现,设备信号线屏蔽层未与连接器插头360°接触,而是使用一根细导线进行连接,或者屏蔽层未与连接器插头接触,不能保证信号线的屏蔽连续性,造成信号线上的骚扰从屏蔽不连续处逸出。将屏蔽层与圆形连接器插头进行360°环接,屏蔽层尽量选择接触电阻小的材质。

3)射频头泄露

根据近场探头对射频头测试发现,射频头泄露比较严重。将50欧姆负载连接在射频头上,测试发现干扰消除,采用此种方法,防止干扰从射频头向外泄露。

4)缝隙处泄露

外壳缝隙处,接触面氧化导致导电性下降,对各接触面进行清洁,使接触面导电连续。

将圆形连接器下防水衬垫更换为导电衬垫,使圆形连接器与壳体导电接触良好。

3.4电场辐射敏感度(RS103)的设计整改

对于RE103超标,主要采取屏蔽的方式,来抑制空间干扰通过缝隙或线缆对内部电路的影响。

3.5电缆束注入传导敏感度(CS114)的设计整改

对设备信号线缆和网线进行屏蔽处理,抑制试验时干扰通过线缆对设备的影响。

4结束语

通过对系留气球上各个分系统或单体设备的电磁兼容性测试、分析、整改及再测试,在电磁兼容实验室按照国军标GJB151A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》和试验大纲相关规定通过了电磁兼容要求的试验项目。

参考文献

[1]白同云.电磁兼容设计[M].2版.北京:北京邮电大学出版社,2011.

[2]郝晓冬,乔恩明.电源系统电磁兼容设计与应用[M].北京:中国电力出版社,2007.

电磁辐射抑制第7篇

关键词:变频器干扰抑制

Abstract:Theapplicationoftheinvertersintheindustrialproductionisbecomingmoreand

moreuniversal,anditsinterfaceisbeingpaidmuchattention.Thesourceandspreadingrouteinthe

applicationsystemoftheinverterareintroducedinthispaper,somepracticalresolventsareputforward,andtheconcretemeasuresinthesystemdesignandinstallmentareexpounded.

Keywords:InverterInterfaceRestrain

1引言

变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能,在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动,可以减少设备和电机的机械冲击,延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展,变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中,如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用,保证了调节精度,减轻了工人的劳动强度,提高了经济效益,但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响,变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种:对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰;对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好,不但系统无法可靠运行,还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨,以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。

2变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

2.1主要电磁干扰源

电磁干扰也称电磁骚扰(EMI),是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰,通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外,变频器的逆变器大多采用PWM技术,当其工作于开关模式并作高速切换时,产生大量耦合性噪声。因此,变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面,电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源,如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后,若不加以处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电;浪涌、跌落;尖峰电压脉冲;射频干扰。其次,共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

2.2电磁干扰的途径

变频器能产生功率较大的谐波,对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分电磁辐射、传导、感应耦合。具体为:①对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;②对直接驱动的电动机产生电磁噪声,使得电动机铁耗和铜耗增加,并传导干扰到电源,通过配电网络传导给系统其他设备;③变频器对相邻的其他线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流。同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。

(1)电磁辐射

变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内,它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术,当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时,其输出的电压和电流的功率谱是离散的,并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换(dv/dt可达1kV/μs以上)所引起的辐射干扰问题相当突出。

当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞,则辐射强度与干扰信号的波长有关,当孔洞的大小与电磁波的波长接近时,会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样,变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

(2)传导

上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射,也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比,其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是:接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络,并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络,使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

(3)感应耦合

感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时,干扰的电磁波辐射能力相当有限,而该干扰源又不直接与其它导体连接,但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合,在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现,也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现,这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

3抗电磁干扰的措施

据电磁性的基本原理,形成电磁干扰(EMI)须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰,可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中,硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施,一般从抗和防两方面入手来抑制干扰,其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

(1)隔离

所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中,通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

(2)滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗,在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰,可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备,可在电源线上设置电源噪声滤波器,以免传导干扰。

(3)屏蔽

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号线尽可能短(一般为20m以内),且信号线采用双芯屏蔽,并与主电路及控制回路完全分离,不能放于同一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效,屏蔽罩必须可靠接地。

(4)接地

实践证明,接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式,要根据具体情况采用,要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

单点接地指在一个电路或装置中,只有一个物理点定义为接地点。在低频下的性能好;多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它最近的接地点。在高频下的性能好;混合接地是根据信号频率和接地线长度,系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有专用接地端子PE端,从安全和降低噪声的需要出发,必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上,也不能接在零线上。可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,接地电阻取值<100Ω,接地线长度在20m以内,并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时,为减少对电源的干扰,在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流,改善功率因数,可在变频器输入端加装交流电抗器,选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定,一般情况下采用为好。为改善变频器输出电流,减少电动机噪声,可在变频器输出端加装交流电抗器。图1为一般变频调速传动系统抗干扰所采取措施。

以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等,还须在软件上采取抗干扰措施。

(5)正确安装

由于变频器属于精密的功率电力电子产品,其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度-10℃,最高温度不超过50℃;变频器的安装海拔高度应小于1000m,超过此规定应降容使用;变频器不能安装在经常发生振动的地方,对振动冲击较大的场合,应采用加橡胶垫等防振措施;不能安装在电磁干扰源附近;不能安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污染的环境;不能安装在潮湿环境中,如潮湿管道下面,应尽量采用密封柜式结构,并且要确保变频器通风畅通,确保控制柜有足够的冷却风量,其典型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允许的温升值。安装工艺要求如下:

①确保控制柜中的所有设备接地良好,应该使用短、粗的接地线(最好采用扁平导体或金属网,因其在高频时阻抗较低)连接到公共地线上。按国家标准规定,其接地电阻应小于4欧姆。另外与变频器相连的控制设备(如PLC或PID控制仪)要与其共地。

②安装布线时将电源线和控制电缆分开,例如使用独立的线槽等。如果控制电路连接线必须和电源电缆交叉,应成90°交叉布线。

③使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时,确保未屏蔽之处尽可能短,条件允许时应采用电缆套管。

④确保控制柜中的接触器有灭弧功能,交流接触器采用R-C抑制器,也可采用压敏电阻抑制器,如果接触器是通过变频器的继电器控制的,这一点特别重要。

⑤用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时,要将屏蔽层双端接地。

⑥如果变频器运行在对噪声敏感的环境中,可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到最优效果,滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。

4变频控制系统设计中应注意的其他问题

除了前面讨论的几点以外,在变频器控制系统设计与应用中还要注意以下几个方面的问题。

(1)在设备排列布置时,应该注意将变频器单独布置,尽量减少可能产生的电磁辐射干扰。在实际工程中,由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独布置的位置,应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开,比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间。

(2)变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护,但切记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容,其放电过程较为缓慢,频繁操作将造成过电压而损坏内部元件。

(3)控制变频调速电机启/停通常由变频器自带的控制功能来实现,不要通过接触器实现启/停。否则,频繁的操作可能损坏内部元件。

(4)尽量减少变频器与控制系统不必要的连线,以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之间必须的控制线外,其它如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24V直流电源,而生产厂家为了节省一个直流电源,往往用一个直流电源分两路分别对两个系统供电,有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰,所以在设计中或订货时要特别加以说明,要求用两个直流电源分别对两个系统供电。

(5)注意变频器对电网的干扰。变频器在运行时产生的高次谐波会对电网产生影响,使电网波型严重畸变,可能造成电网电压降很大、电网功率因数很低,大功率变频器应特别注意。解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节功率因数,同时可以根据具体情况在变频器电源进线侧加电抗器以减少对电网产生的影响,而进线电抗器可以由变频器供应商配套提供,但在订货时要加以说明。

(6)变频器柜内除本机专用的空气开关外,不宜安置其它操作性开关电器,以免开关噪声入侵变频器,造成误动作。

(7)应注意限制最低转速。在低转速时,电机噪声增大,电机冷却能力下降,若负载转矩较大或满载,可能烧毁电机。确需低速运转的高负荷变频电机,应考虑加大额定功率,或增加辅助的强风冷却。

(8)注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分,电机转矩中含有脉动分量,有可能造成电机的振动与机械振动产生共振,使设备出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后,利用变频器频率跳跃功能设置,躲开共振频率点。

5结束语

以上通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析,提出了解决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用,变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。随着工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高,满足实际需要的真正“绿色”变频器不久也会面世。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2000

[2]吴忠智,吴加林,变频器应用手册[Z].北京:机械工业出版社,1995

[3]王定华等.电磁兼容性原理与设计[M].四川:电子科技大学出版社,1995

[4]电磁兼容性术语(GB/T43651995)[S].北京:中国标准出版社,1996

电磁辐射抑制第8篇

[关键词] 开关电源 设计

图1是一个普遍应用的反激式(或称为回扫式)开关电源工作原理图,50Hz或60Hz交流电网电压首先经整流堆整流,并向储能滤波电容器C5充电,然后向变压器T1与开关管V1组成的负载回路供电。图2是进行过电磁兼容设计后的电气原理图。

图1 图2

1、对电流谐波的抑制

一般电容器C5的容量很大,其两端电压纹波很小,大约只有输入电压的10%左右,而仅当输入电压Ui大于电容器C5两端电压的时候,整流二极管才导通,因此在输入电压的一个周期内,整流二极管的导通时间很短,即导通角很小。这样整流电路中将出现脉冲尖峰电流。

这种脉冲尖峰电流如用傅立叶级数展开,将被看成由非常多的高次谐波电流组成,这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率,即功率因数很低,并会倒灌到电网,对电网产生污染,严重时还会引起电网频率的波动,即交流电源闪烁。脉冲电流谐波和交流电源闪烁测试标准为:IEC61000-3-2及IEC61000-3-3。一般测试脉冲电流谐波的上限是40次谐波频率。

解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是在整流电路中串联一个功率因数校正(PFC)电路,或差模滤波电感器。PFC电路一般为一个并联式升压开关电源,其输出电压一般为直流400V,没有经功率因数校正之前的电源设备,其功率因数一般只有0.4~0.6,经校正后最高可达到0.98。PFC电路虽然可以解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的问题,但又会带来新的高频干扰问题,这同样也要进行严格的EMC设计。用差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的峰值,从而降低电流谐波干扰,但不能提高功率因数。

图2中的L1为差模滤波电感器,差模滤波电感器一般用矽钢片材料制作,以提高电感量,为了防止大电流流过差模滤波电感器时产生磁饱和,一般差模滤波电感器的两个组线圈都各自留有一个漏感磁回路。

L1差模滤波电感可根据试验求得,也可以根据下式进行计算:

E=L*di/dt (1)

式中E为输入电压Ui与电容器C5两端电压的差值,即L1两端的电压降,L为电感量,di/dt为电流上升率。显然,要求电流上升率越小,则要求电感量就越大。

2、对振铃电压的抑制

由于变压器的初级有漏感,当电源开关管V1由饱和导通到截止关断时会产生反电动势,反电动势又会对变压器初级线圈的分布电容进行充放电,从而产生阻尼振荡,即产生振铃。变压器初级漏感产生反电动势的电压幅度一般都很高,其能量也很大,如不采取保护措施,反电动势一般都会把电源开关管击穿,同时反电动势产生的阻尼振荡还会产生很强的电磁辐射,不但对机器本身造成严重干扰,对机器周边环境也会产生严重的电磁干扰。

图2中的D1、R2、C6是抑制反电动势和振铃电压幅度的有效电路,当变压器初级漏感产生反电动势时,反电动势通过二极管D1对电容器C6进行充电,相当于电容器把反电动势的能量吸收掉,从而降低了反电动势和振铃电压的幅度。电容器C6充满电后,又会通过R2放电,正确选择RC放电的时间常数,使电容器在下次充电时的剩余电压刚好等于方波电压的幅度,此时电源的工作效率最高。

3、对传导干扰信号的抑制

图1中,当电源开关管V1导通或者关断时,在电容器C5、变压器T1的初级和电源开关管V1组成的电路中会产生脉动直流i1,如果把此电流回路看成是一个变压器的“初级线圈”,由于电流i1的变化速率很高,它在“初级线圈”中产生的电磁感应,也会对周围电路产生电磁感应,我们可以把周围电路都看成是同一变压器的多个“次级线圈”,同时变压器T1的漏感也同样对各个“次级线圈”产生感应作用,因此电流i1通过电磁感应,在每个“次级线圈”中都会产生的感应电流,我们分别把它们记为i2、i3、i4 …。

其中i2和i3是差模干扰信号,它们可以通过两根电源线传导到电网的其它线路之中和干扰其它电子设备;i4是共模干扰信号,它是电流i1回路通过电磁感应其它电路与大地或机壳组成的回路产生的,并且其它电路与大地或机壳是通过电容耦合构成回路的,共模干扰信号可以通过电源线与大地传导到电网其它线路之中和干扰其它电子设备。

与电源开关管V1的集电极相连的电路,也是产生共模干扰信号的主要原因,因为在整个开关电源电路中,数电源开关管V1集电极的电位最高,最高可达600V以上,其它电路的电位都比它低,因此电源开关管V1的集电极与其它电路(也包括电源输入端的引线)之间存在很强的电场,在电场的作用下,电路会产生位移电流,这个位移电流基本属于共模干扰信号。

图2中的电容器C1、C2和差模电感器L1对i1、i2和i3差模干扰信号有很强的抑制能力。由于C1、C2在电源线拔出时还会带电,容易触电伤人,所以在电源输入的两端要接一个放电电阻R1。

对共模干扰信号i4要进行完全抑制,一般很困难,特别是没有金属机壳屏蔽的情况下,因为在感应产生共模干扰信号的回路中,其中的一个“元器件”是线路板与大地之间的等效电容,此“元器件”的数值一般是不稳定的,进行设计时对指标要留有足够的余量。图2中L2和C3、C4是共模干扰信号抑制电路器件,在输入功率较大的电路中,L2一般要用两个,甚至三个,其中一个多为环形磁心电感。

根据上面分析,产生电磁干扰的原因主要是i1流过的主要回路,这个回路主要由电容器C5、变压器T1初级和电源开关管V1组成,根据电磁感应原理,这个回路产生的感应电动势为:

e=dψ/dt=S*dB/dt (2)

式中e为感应电动势,ψ为磁通量,S电流回路的面积,B为磁感应密度,其值与电流强度成正比,dψ/dt为磁通变化率。由此可见,感应电动势与电流回路的面积成正比。因此要减少电磁干扰,首先是要设法减小电流回路的面积,特别是i1电流流过的回路面积。另外,为了减少变压器漏感对周围电路产生电磁感应的影响,一方面要求变压器的漏感要做得小,另一方面一定要在变压器的包一层薄铜皮,以构成一个低阻抗短路线圈,把漏感产生的感应能量通过涡流损耗掉。