怎樣有效降低電磁干擾的問題?
出處:21IC中國電子網(wǎng) 發(fā)布于:2013-11-21 11:34:53
導(dǎo)讀:隨著現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電子設(shè)備的數(shù)量及種類不斷增加,使得電磁環(huán)境(EME)日趨復(fù)雜,電子設(shè)備的電磁兼容性就顯得也越來越重要。然而在復(fù)雜的電磁環(huán)境中,怎樣有效的降低相互間的電磁干擾,使各種設(shè)備安全正常運(yùn)行,是一個急待解決的問題。本文就此問題分析了有效的降低電磁干擾的方法以供大家參考。
一、電磁干擾簡介
電磁干擾(EMI),是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音,EMI通常由電磁輻射發(fā)生源如馬達(dá)和機(jī)器產(chǎn)生的,它主要有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中,高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源,能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。
所謂“干擾”,電磁兼容指設(shè)備受到干擾后性能降低以及對設(shè)備產(chǎn)生干擾的干擾源這二層意思。層意思如雷電使收音機(jī)產(chǎn)生雜音,摩托車在附近行駛后電視畫面出現(xiàn)雪花,拿起電話后聽到無線電聲音等,這些可以簡稱其為干擾。其次是“電磁”.電荷如果靜止,稱為靜電。當(dāng)不同的電位向一致移動時,便發(fā)生了靜電放電,產(chǎn)生電流,電流周圍產(chǎn)生磁場。如果電流的方向和大小持續(xù)不斷變化就產(chǎn)生了電磁波。
二、電磁干擾傳播途徑
電磁干擾傳播途徑一般也分為兩種:即傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式。
任何電磁干擾的發(fā)生都必然存在干擾能量的傳輸和傳輸途徑(或傳輸通道)。通常認(rèn)為電磁干擾傳輸有兩種方式:一種是傳導(dǎo)傳輸方式;另一種是輻射傳輸方式。因此從被干擾的敏感器來看,干擾耦合可分為傳導(dǎo)耦合和輻射耦合兩大類。
傳導(dǎo)傳輸必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接,干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器,發(fā)生干擾現(xiàn)象。這個傳輸電路可包括導(dǎo)線,設(shè)備的導(dǎo)電構(gòu)件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件等。
輻射傳輸是通過介質(zhì)以電磁波的形式傳播,干擾能量按電磁場的規(guī)律向周圍空間發(fā)射。常見的輻射耦合由三種:
1)甲天線發(fā)射的電磁波被乙天線意外接受,稱為天線對天線耦合;
2)空間電磁場經(jīng)導(dǎo)線感應(yīng)而耦合,稱為場對線的耦合;
3)兩根平行導(dǎo)線之間的高頻信號感應(yīng),稱為線對線的感應(yīng)耦合。
在實際工程中,兩個設(shè)備之間發(fā)生干擾通常包含著許多種途徑的耦合。正因為多種途徑的耦合同時存在,反復(fù)交叉耦合,共同產(chǎn)生干擾,才使電磁干擾變得難以控制。
三、降低電磁干擾有效途徑
電磁干擾,必須具備電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備這三個因素。所以,在解決電磁干擾問題時,要從這三個因素人手,對癥下藥,消除其中某一個因素,就能解決電磁兼容問題干擾。下面就是本文所總結(jié)出來的降低電磁干擾有效方法。
?。?)利用屏蔽技術(shù)減少電磁干擾。
為有效的抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo)及高次諧波引發(fā)的噪聲電流, 在用變頻器驅(qū)動的電梯電動機(jī)電纜必須采用屏蔽電纜,屏蔽層的電導(dǎo)至少為每相導(dǎo)線芯的電導(dǎo)線的 1/10,且屏蔽層應(yīng)可靠接地??刂齐娎|使用屏蔽電纜;模擬信號的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線;不同的模擬 信號線應(yīng)該獨(dú)立走線,有各自的屏蔽層。以減少線間的耦合,不要把不同的模擬信號置于同 一公共返回線內(nèi);低壓數(shù)字信號線使用雙屏蔽的雙絞線,也可以使用單屏蔽的雙絞線。模擬信號和數(shù)字信號的傳輸電纜,應(yīng)該分別屏蔽和走線應(yīng)使用短 .
?。?)利用接地技術(shù)消除電磁干擾。
要確保電梯控制柜中的所有設(shè)備接地良好,而粗的接地線。連接到電源進(jìn)線接地點(diǎn)(PE)或接地母排上。特別重要的是,連接到變頻器的任何電子控制設(shè)備都要與其共地,共地時也應(yīng)使用短和粗的導(dǎo)線。同時電機(jī)電纜的地線應(yīng)直 接接地或連接到變頻器的接地端子(PE)。上述接地電阻值應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
(3)利用布線技術(shù)改善電磁干擾。
電動機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線,同時應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長距離平行走線,以減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾; 控制電纜和電源電纜交叉時,應(yīng)盡可能使它們按 90°角交叉,同時必須用合適的線夾將電機(jī)電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。
?。?)利用濾波技術(shù)降低電磁干擾。
利用進(jìn)線電抗器用于降低由變頻器產(chǎn)生的諧波,同時也可用于增加電源阻抗,并幫助吸收附近設(shè)備投入工作時產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的尖峰電壓。進(jìn)線電抗器串接在電源和變頻器功率輸入端之間。當(dāng)對主電源電網(wǎng)的情況不了解時,加進(jìn)線電抗器。在上述電路中還可以使用低通頻濾波器(FIR 下同),F(xiàn)IR 濾波器應(yīng)串接在 進(jìn)線電抗器和變頻器之間。對噪聲敏感的環(huán)境中運(yùn)行的電梯變頻器, 采用 FIR 濾波器可以有效減小來自變頻器傳導(dǎo)中的輻射干擾。
?。?)照明線干擾。
電機(jī)反饋的干擾過大、系統(tǒng)電源線受干擾的現(xiàn)場,通過以上各種接地?zé)o法消除通訊干擾,可以使用磁環(huán)對干擾進(jìn)行抑制,按以下方法順序進(jìn)行增加磁環(huán),通訊恢復(fù)正常為止: 1、如照明的兩根電源線同時斷開如通訊恢復(fù)正常,請在控制柜下照明的兩線上增加一磁環(huán),纏繞3 圈(孔徑20到30,厚10,長20左右的磁環(huán))。如斷開照明線并無效果說明照明線并不干擾通訊,不作處理。 2、在通訊線C+、C-上從主板出線處增加一磁環(huán),纏繞一圈。注意只能纏繞一圈,多纏后轎廂通訊顯示會變好但轎廂傳來的有效信號大部分濾掉,造成轎廂內(nèi)選登記不上。3、在主板輸出給轎廂、呼梯的24V電源和0V地線上增加一磁環(huán)纏繞2到3圈。 4、在運(yùn)行接觸器與電機(jī)之間三相線各加一磁環(huán)纏繞一圈 . 經(jīng)過以上方法增加磁環(huán)后能處理現(xiàn)場的電源、電機(jī)、照明干擾。
?。?) 磁環(huán)材料的選擇。
根據(jù)干擾信號的頻率特點(diǎn)可以選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體,以選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體, 前者的高頻特性優(yōu)于后者。前者的高頻特性優(yōu)于后者。錳鋅鐵氧體的磁導(dǎo)率在幾千---上萬,而鎳鋅鐵氧體為幾百---上千。鐵氧體的磁導(dǎo)率的磁導(dǎo)率越高,其低頻時的阻抗越大,高頻時的阻抗越小。 阻抗越大,高頻時的阻抗越小。所以,在抑制高頻干擾時,宜選用鎳鋅鐵氧體; 用鎳鋅鐵氧體;反之則用錳鋅鐵氧體。 或在同一束電纜上同時套上錳鋅和鎳鋅鐵氧體,這樣可以抑制的干擾頻段較寬。磁環(huán)的尺寸選擇: 磁環(huán)的內(nèi)外徑差值越大,縱向高度越大,其阻抗也就越大,但磁環(huán)內(nèi)徑一定要緊包電纜,避免漏磁。 磁環(huán)的安裝位置: 磁環(huán)的安裝位置應(yīng)該盡量靠近干擾源,即應(yīng)緊靠電纜的進(jìn)出口。
綜上所述,正因為電磁兼容是一個復(fù)雜的問題,它需要設(shè)計人員具有較強(qiáng)的知識和豐富的實踐經(jīng)驗。所以,我們只有不斷地學(xué)習(xí)和總結(jié)經(jīng)驗,才能夠掌正確分析電子設(shè)備的電磁兼容性問題,進(jìn)而掌握降低電磁干擾有效途徑為我國生產(chǎn)出更加穩(wěn)定可靠的現(xiàn)代化的電子設(shè)備而努力。
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