合理解決弱電係統中的電磁幹擾
發布時間:2012-01-21
中心議題:
- 電磁幹擾的定義、分類及傳輸
- 解決弱電係統中電磁幹擾問題的方法
解決方案:
- 抗幹擾的電源裝置方法
- 抗幹擾的傳輸信號線路方法
- 抗幹擾弱的電設備內部結構方法
弱電係統是實現信息的傳送的係統,在傳送信息的過程中要求能夠實現信息的保真度、速度、廣度和可靠性。目前,隨著電子學、計算機、激光、光纖維通訊和各種遙控遙感技術的發展,社會已進入高度信息化的時代,越來越多的高精度、高可靠性、高靈敏度、高密度(小型化、集成化)、大功率、小信號運用的電子設備是支持弱電係統運行的基礎,而電子設備之間的電磁幹擾已成為係統和設備正常工作的突出障礙。
看看這些關於電磁幹擾的例子:變頻器、調光開關等節能器件等是以晶閘管或類似電子器件為核心的設備,它們工作時會在電網上產生高次諧波幹擾;數字電路裝置(包括電腦、程控交換機、設備自動控製係統的現場控製器等)、高頻振蕩電路(包括發射機、接收機及時鍾本振等振蕩電路的基頻及其諧波)、氣體放電燈、熒光燈的整流器、啟動器等,它們都會對電網及周圍空間產生電磁幹擾;家用電器、辦公用電器,其中串激電機的換向器、電子控製器、定時器等均會對電網及周圍空間產生電磁幹擾(電磁幹擾頻譜從幾萬赫到幾百兆赫);還有一些工、科、醫射頻設備,是指醫院、科技展覽廳中那些可能對150千赫--400吉赫頻段內的無線電造成電磁幹擾的設備。
一、電磁幹擾的定義
“幹擾”這個詞的本意就是指,對某個正處於穩定工作狀態的係統產生不良的影響。“電磁幹擾”是電子噪音對正處於正常工作狀態的係統、電子設備產生不良影響的電磁現象,即任何伴隨著電壓、電流的變化而產生會降低某個裝置、設備或者係統的性能,或可能產生不良影響的電磁現象就是電磁幹擾。這樣看來,恒定的電壓、電流或電磁場對係統或電子設備是不會造成很大幹擾的。對電路或電器設備造成嚴重幹擾的,主要是不斷變化著的電場或磁場。
因此,簡單地說,任何不希望的電壓和電流的波動對設備性能的影響就稱為電磁幹擾。產生這些電壓、電流的源頭即為電磁幹擾源。這些電壓和電流會通過傳導或電磁輻射傳到受害的係統和設備。
二、電磁幹擾的分類
通常,在分析電磁幹擾時,係統指人們對之進行設計和管理控製的電工設備或電子設備整體。
1、根gen據ju幹gan擾rao方fang式shi的de不bu同tong,電dian磁ci幹gan擾rao可ke分fen為wei傳chuan導dao幹gan擾rao和he輻fu射she幹gan擾rao兩liang種zhong。傳chuan導dao幹gan擾rao是shi電dian子zi設she備bei產chan生sheng的de幹gan擾rao信xin號hao通tong過guo導dao電dian介jie質zhi或huo公gong共gong電dian源yuan線xian互hu相xiang產chan生sheng幹gan擾rao。輻fu射she幹gan擾rao是shi指zhi電dian子zi設she備bei產chan生sheng的de幹gan擾rao信xin號hao通tong過guo空kong間jian耦ou合he把ba幹gan擾rao信xin號hao傳chuan給gei另ling一yi個ge電dian網wang絡luo或huo電dian子zi設she備bei。
2、根據幹擾來源的不同,電磁幹擾可以來自係統內部,也可以來自係統外部,前者稱為係統內部的幹擾,後者稱為係統之間的幹擾。
3、根據產生幹擾的原因不同,電磁幹擾分為自然和人工兩種。自然幹擾源主要是雷電、太陽輻射或宇宙輻射等;人為幹擾源有輸電線路、電動機、開關、繼電器、氖燈、熒光燈、電鈴、電熱器、電弧焊接機、晶閘管逆變器、氣體整流器、高速邏輯電路、門電路、數據處理機、電流的突變、電弧放電、電暈放電,以及核爆炸產生的核電磁脈衝等。
三、電磁幹擾的傳輸
電磁幹擾的途徑分為傳導耦合方式和輻射耦合方式兩種方式。
1、傳chuan導dao是shi指zhi電dian壓ya或huo電dian流liu通tong過guo幹gan擾rao源yuan和he被bei幹gan擾rao對dui象xiang之zhi間jian的de公gong共gong阻zu抗kang進jin入ru被bei幹gan擾rao對dui象xiang。其qi中zhong的de公gong共gong阻zu抗kang通tong常chang是shi幹gan擾rao頻pin率lv的de函han數shu。有you時shi幹gan擾rao經jing過guo金jin屬shu線xian路lu的de傳chuan輸shu,包bao括kuo集ji總zong元yuan件jian如ru電dian容rong器qi、變壓器等直接傳導到電路。
2、輻射則用來表征非傳導性的傳輸,其傳輸機理可能是天線的“近場”或感應場,而不是輻射場。在幹擾電磁場中,磁場通過電感性耦合,電場通過電容性耦合而進入電路中。
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四、解決弱電係統中電磁幹擾問題的方法
解決方法就是怎樣使得在同一電磁環境下工作的電子設備、電子係統都能互不幹擾地正常工作,能夠達到兼容狀態,這就涉及到弱電係統中的電磁兼容性能。
電磁兼容性(EMC)是指“一種器件、設備或係統的性能,它可以使其在自身環境下正常工作並且同時不會對此環境中任何其他設備產生強烈電磁幹擾(IEEEC63.12-1987)。”
弱ruo電dian係xi統tong中zhong的de電dian磁ci兼jian容rong性xing主zhu要yao研yan究jiu內nei容rong就jiu是shi電dian磁ci幹gan擾rao和he抗kang幹gan擾rao問wen題ti。電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti上shang麵mian我wo們men已yi經jing探tan討tao過guo了le,下xia麵mian我wo們men來lai說shuo說shuo抗kang幹gan擾rao的de問wen題ti。
電子係統或電工設備以規定的安全逾度,在指定的電磁環境中按照設計要求工作的能力,是反映電子係統性能的重要指標之一。係統、dianzishebeinengdiancijianrongjiuyiweizhewulunshizaixitongneibu,haishiduiqisuochudehuanjing,xitongdounengruyuqidenayangzhengchangdegongzuo,jijuyouhenhaodekangganraonengli。
弱ruo電dian係xi統tong的de主zhu體ti設she備bei是shi采cai用yong了le信xin息xi技ji術shu中zhong的de各ge種zhong電dian子zi設she備bei,所suo以yi要yao提ti高gao弱ruo電dian係xi統tong的de抗kang幹gan擾rao性xing能neng隻zhi有you采cai用yong多duo方fang麵mian的de綜zong合he抑yi製zhi措cuo施shi才cai能neng獲huo得de滿man意yi效xiao果guo。對dui於yu弱ruo電dian係xi統tong應ying從cong電dian子zi設she備bei、信號傳輸線路、電源回路的內部結構等幾個方麵來考慮抗幹擾的方法。
1、抗幹擾的電源裝置方法
電源裝置是弱電電子設備、電子係統正常工作的動力源。電源的穩定、可靠、安全與否對弱電係統的正常運行影響極大。據資料顯示,大約有30%—50%的電子係統、電子設備的故障是發生在電源部分。電源的幹擾主要有切斷時造成的欠電壓或大容量感性負載投入、巨大的雷電衝擊電流、電網中的高次諧波的幹擾等。解決這些問題可以裝設電磁幹擾濾波器,它ta是shi一yi種zhong用yong於yu抑yi製zhi電dian磁ci幹gan擾rao,特te別bie是shi電dian源yuan線xian路lu中zhong噪zao音yin的de電dian子zi線xian路lu設she備bei,是shi消xiao除chu對dui電dian源yuan環huan節jie造zao成cheng影ying響xiang的de高gao頻pin幹gan擾rao和he共gong模mo幹gan擾rao的de有you效xiao辦ban法fa。因yin為wei有you害hai的de電dian磁ci幹gan擾rao的de頻pin率lv要yao比bi正zheng常chang信xin號hao頻pin率lv高gao得de多duo,所suo以yi電dian磁ci幹gan擾rao濾lv波bo器qi是shi通tong過guo選xuan擇ze性xing地di阻zu攔lan或huo分fen流liu有you害hai的de高gao頻pin來lai發fa揮hui作zuo用yong的de。基ji本ben上shang電dian磁ci幹gan擾rao濾lv波bo器qi的de感gan應ying部bu分fen被bei設she計ji作zuo為wei一yi個ge低di通tong器qi件jian使shi交jiao流liu線xian路lu頻pin率lv通tong過guo,同tong時shi它ta還hai是shi一yi個ge高gao頻pin截jie止zhi器qi件jian,電dian磁ci幹gan擾rao濾lv波bo器qi的de其qi他ta部bu分fen使shi用yong電dian容rong來lai分fen路lu或huo分fen流liu有you害hai的de高gao頻pin噪zao聲sheng,使shi這zhe些xie有you害hai的de高gao頻pin噪zao聲sheng不bu能neng到dao達da敏min感gan電dian路lu。這zhe樣yang電dian磁ci幹gan擾rao濾lv波bo器qi顯xian著zhu降jiang低di或huo衰shuai減jian了le所suo有you要yao進jin入ru或huo離li開kai受shou保bao護hu電dian子zi器qi件jian的de有you害hai噪zao聲sheng信xin號hao。
2、抗幹擾的傳輸信號線路方法
a、終端匹配法。在動態波形要求不嚴格的條件下,在終端並上一個較大(大於特性阻抗)的de電dian阻zu,一yi方fang麵mian可ke改gai善shan因yin反fan射she引yin起qi的de動dong態tai波bo形xing畸ji變bian,另ling一yi方fang麵mian又you兼jian顧gu了le高gao電dian平ping降jiang低di得de不bu很hen嚴yan重zhong。匹pi配pei電dian阻zu一yi般ban阻zu值zhi都dou很hen低di,在zai終zhong端duan用yong電dian阻zu匹pi配pei的de方fang法fa,功gong耗hao較jiao大da。
b、始端的匹配方法。適當的選擇串聯電阻,改善波形,消除反射。R的阻值一般取傳輸線的特性阻抗減去輸出門的輸出內阻。
c、在數字信號的傳輸中,盡可能避免懸空端。
d、zaidanxianchuanshudeqingkuangxia,ruqipangbianyoupingbixiankejiangdanxianweiraozaipingbixianzhouwei,huozheshidanxianjintiezaijiedidejinshudibanshangzouxian,zheyangdoukeshijiedixianduididezukangbiandi,xianjiandefenbudianrongjianshao,tigaochuanshuxiankangganraodexingneng。
e、在(zai)雙(shuang)向(xiang)傳(chuan)輸(shu)中(zhong),應(ying)注(zhu)意(yi)讓(rang)往(wang)返(fan)的(de)兩(liang)種(zhong)信(xin)號(hao)線(xian)分(fen)開(kai)。兩(liang)信(xin)號(hao)線(xian)之(zhi)間(jian)接(jie)一(yi)根(gen)地(di)線(xian)作(zuo)為(wei)屏(ping)蔽(bi)。另(ling)外(wai)采(cai)用(yong)有(you)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)的(de)傳(chuan)輸(shu)電(dian)纜(lan)也(ye)是(shi)減(jian)少(shao)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)一(yi)項(xiang)基(ji)本(ben)措(cuo)施(shi)。
3、抗幹擾弱的電設備內部結構方法
zhiyourujinshuhetiezhileidaocilvgaodecailiaocainengzaijidipinlvxiadadaojiaogaopingbixiaolv。zhexiecailiaodedaocilvhuisuizhepinlvzengjiaerjiangdi,lingwairuguochushicichangjiaoqiangyehuishidaocilvjiangdi,haiyoujiushicaiyongjixiefangfajiangpingbizhaozuochengguidingxingzhuangtongyanghuijiangdidaocilv。
在zai高gao頻pin電dian場chang下xia,采cai用yong薄bo層ceng金jin屬shu作zuo為wei外wai殼ke或huo內nei襯chen材cai料liao可ke達da到dao良liang好hao的de屏ping蔽bi效xiao果guo,但dan條tiao件jian是shi屏ping蔽bi必bi須xu連lian續xu,並bing將jiang敏min感gan部bu分fen完wan全quan遮zhe蓋gai住zhu,沒mei有you缺que口kou或huo縫feng隙xi(形成一個法拉第籠)。然ran而er在zai實shi際ji中zhong要yao製zhi造zao一yi個ge無wu接jie縫feng及ji缺que口kou的de屏ping蔽bi罩zhao是shi不bu可ke能neng的de,由you於yu屏ping蔽bi罩zhao要yao分fen成cheng多duo個ge部bu分fen進jin行xing製zhi作zuo,因yin此ci就jiu會hui有you縫feng隙xi需xu要yao接jie合he,另ling外wai通tong常chang還hai得de在zai屏ping蔽bi罩zhao上shang打da孔kong以yi便bian安an裝zhuang與yu插cha卡ka或huo裝zhuang配pei組zu件jian的de連lian線xian。
設計屏蔽罩的困難在於製造過程中不可避免會產生孔隙,而且設備運行過程中還會需要用到這些孔隙。製造、麵板連線、通風口、外(wai)部(bu)監(jian)測(ce)窗(chuang)口(kou)以(yi)及(ji)麵(mian)板(ban)安(an)裝(zhuang)組(zu)件(jian)等(deng)都(dou)需(xu)要(yao)在(zai)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)上(shang)打(da)孔(kong),從(cong)而(er)大(da)大(da)降(jiang)低(di)了(le)屏(ping)蔽(bi)性(xing)能(neng)。盡(jin)管(guan)溝(gou)槽(cao)和(he)縫(feng)隙(xi)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian),但(dan)在(zai)屏(ping)蔽(bi)設(she)計(ji)中(zhong)對(dui)與(yu)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)波(bo)長(chang)有(you)關(guan)的(de)溝(gou)槽(cao)長(chang)度(du)作(zuo)仔(zai)細(xi)考(kao)慮(lv)是(shi)很(hen)有(you)好(hao)處(chu)的(de)。弱(ruo)電(dian)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)外(wai)殼(ke)的(de)通(tong)風(feng)孔(kong)、進出線孔、lianjiefengxidengyaozugouxiao。youyujiefenghuidaozhipingbizhaodaotonglvxiajiang,yincipingbixiaolvyehuijiangdi。yaozhuyidiyujiezhipinlvdefusheqishuaijianzhiqujueyufengxidechangduzhijingbi,liruchangduzhijingbiwei3時可獲得100dB的衰減。在需要穿孔時,可利用厚屏蔽罩上麵小孔的波導特性;另(ling)一(yi)種(zhong)實(shi)現(xian)較(jiao)高(gao)長(chang)度(du)直(zhi)徑(jing)比(bi)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)附(fu)加(jia)一(yi)個(ge)小(xiao)型(xing)金(jin)屬(shu)屏(ping)蔽(bi)物(wu),如(ru)一(yi)個(ge)大(da)小(xiao)合(he)適(shi)的(de)襯(chen)墊(dian)。所(suo)有(you)襯(chen)墊(dian)都(dou)有(you)一(yi)個(ge)有(you)效(xiao)工(gong)作(zuo)最(zui)小(xiao)接(jie)觸(chu)電(dian)阻(zu),可(ke)以(yi)加(jia)大(da)對(dui)襯(chen)墊(dian)的(de)壓(ya)縮(suo)力(li)度(du)以(yi)降(jiang)低(di)多(duo)個(ge)襯(chen)墊(dian)的(de)接(jie)觸(chu)電(dian)阻(zu),當(dang)然(ran)這(zhe)將(jiang)增(zeng)加(jia)密(mi)封(feng)強(qiang)度(du),會(hui)使(shi)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)變(bian)得(de)更(geng)為(wei)彎(wan)曲(qu)。大(da)多(duo)數(shu)襯(chen)墊(dian)在(zai)壓(ya)縮(suo)到(dao)原(yuan)來(lai)厚(hou)度(du)的(de)30%至70%時shi效xiao果guo比bi較jiao好hao。因yin此ci在zai建jian議yi的de最zui小xiao接jie觸chu麵mian範fan圍wei內nei,兩liang個ge相xiang向xiang凹ao點dian之zhi間jian的de壓ya力li應ying足zu以yi確que保bao襯chen墊dian和he墊dian片pian之zhi間jian具ju有you良liang好hao的de導dao電dian性xing。除chu此ci,在zai多duo縫feng情qing況kuang下xia,推tui廣guang構gou成cheng多duo孔kong屏ping蔽bi罩zhao也ye是shi可ke行xing的de。機ji箱xiang的de接jie縫feng處chu可ke使shi用yong導dao電dian襯chen墊dian,通tong風feng窗chuang可ke使shi用yong波bo導dao管guan,麵mian板ban顯xian示shi窗chuang可ke使shi用yong屏ping蔽bi玻bo璃li材cai料liao。可ke用yong於yu切qie斷duan通tong過guo空kong間jian輻fu射she傳chuan播bo的de電dian磁ci幹gan擾rao。所suo以yi電dian子zi設she備bei一yi般ban都dou需xu要yao進jin行xing屏ping蔽bi,這zhe是shi因yin為wei結jie構gou本ben身shen存cun在zai一yi些xie槽cao和he縫feng隙xi。所suo需xu屏ping蔽bi可ke通tong過guo一yi些xie基ji本ben原yuan則ze確que定ding,但dan是shi理li論lun與yu現xian實shi之zhi間jian還hai是shi有you差cha別bie。例li如ru在zai計ji算suan某mou個ge頻pin率lv下xia襯chen墊dian的de大da小xiao和he間jian距ju時shi還hai必bi須xu考kao慮lv信xin號hao的de強qiang度du,如ru同tong在zai一yi個ge設she備bei中zhong使shi用yong了le多duo個ge處chu理li器qi時shi的de情qing形xing。
表麵處理及墊片設計是保持長期屏蔽以實現電磁兼容性能的關鍵因素。
除了解決設備本身的問題,弱電電子設備的輸入、輸出端接口電路設計中還應設置消除雷電影響的抗電湧抑製器、高低頻濾波器、光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)等(deng)電(dian)路(lu),並(bing)盡(jin)量(liang)設(she)法(fa)采(cai)用(yong)平(ping)衡(heng)傳(chuan)輸(shu)製(zhi)式(shi),可(ke)有(you)效(xiao)抑(yi)製(zhi)地(di)環(huan)路(lu)幹(gan)擾(rao)。盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)小(xiao)電(dian)路(lu)板(ban)中(zhong)的(de)相(xiang)互(hu)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。可(ke)采(cai)用(yong)多(duo)層(ceng)電(dian)路(lu)板(ban)以(yi)減(jian)少(shao)引(yin)線(xian);布線盡量短粗以減小環路電阻;布線轉角處要圓滑,以利於阻抗匹配;不同類型的電路單元要分路接地等等。
zongzhi,ruodianxitongzhuyaokaolvdewentishixinxichuansongdexiaoguowenti,qixitongdeyunxingshiyilaiyugezhongdianzishebei,yinciyaotigaoruodianxitongdekangdianciganraoxingnengbixushidezaitongyidiancihuanjingxiagongzuodegezhongdianzishebei、電子係統都能互不幹擾地正常工作,達到兼容狀態。抑製電磁幹擾應從電源、傳輸、負(fu)載(zai)等(deng)環(huan)節(jie)著(zhe)手(shou),采(cai)用(yong)綜(zong)合(he)治(zhi)理(li)方(fang)法(fa),從(cong)全(quan)係(xi)統(tong)的(de)立(li)場(chang)上(shang)來(lai)全(quan)麵(mian)考(kao)慮(lv)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)問(wen)題(ti)。電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)技(ji)術(shu)是(shi)一(yi)個(ge)正(zheng)在(zai)發(fa)展(zhan)的(de)領(ling)域(yu),這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)現(xian)代(dai)的(de)計(ji)算(suan)、通信、控製係統中,電氣和電子線路的密度以及它們之間的相關功能日益增加。對弱電設備的選型、弱電係統的組成配置、電纜管線的布置、係統調校時分析幹擾性質及來源等全過程采取有效的措施,以確保整個弱電係統的電磁兼容性滿足要求。
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