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[導(dǎo)讀]文章介紹了電磁干擾的基本概念和造成電磁干擾的因素,從這些因素入手實(shí)現(xiàn)電控柜電磁兼容的主要方法。

1 引言
   
變頻器為交流調(diào)速帶來了方便,但也帶來了電磁干擾。在設(shè)計(jì)中,曾為一歐洲扶梯公司制作電控柜,客戶提出了嚴(yán)格的EMC要求,研制第一臺(tái)樣柜時(shí),由于對EMC的認(rèn)識(shí)不夠,沒有嚴(yán)格參照EMC的要求設(shè)計(jì),比如變頻器的輸入輸出線混雜在一起,從而導(dǎo)致在歐洲的EMC測試沒通過。第二次,在接地、屏蔽、濾波、布線等方面嚴(yán)格按照EMC的要求,EMC測試順利通過。本文將經(jīng)驗(yàn)整理成文,與讀者分享。


2 EMC的基本概念介紹
    (1)EMC
    EMC(Electro Magnetic Compatibility)直譯是“電磁兼容性”,EMC包括兩個(gè)方面的要求:一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中,對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗干擾能力。所有電器和電子設(shè)備工作時(shí)都會(huì)有間歇或連續(xù)性電壓電流變化,有時(shí)變化速率還相當(dāng)快,這樣會(huì)導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量,而相應(yīng)的電路則會(huì)將這種能量發(fā)射到周圍的環(huán)境中,這就是EMC問題的來源。
    (2)差模干擾
    如果一個(gè)干擾電壓只被耦合到電路的一個(gè)支路,那么就會(huì)產(chǎn)生差模干擾;接下來就會(huì)在輸出線和返回線之間產(chǎn)生一個(gè)電位差,其成因是在輸出和返回導(dǎo)體與大地參考平面之間方向相反的電流。
    (3)共模干擾
    如果一個(gè)干擾電壓被同時(shí)耦合到電路的兩個(gè)支路中去,就會(huì)導(dǎo)致共模干擾。共模干擾的電流和線路中其他電流成份的流向完全一致。電路通過大地參考平面或者有害電容來形成回路。
    有很多不同的原因都可以導(dǎo)致共模干擾,共模干擾可能產(chǎn)生感性或者容性耦合,如果在對稱的線對和地之間的區(qū)域存在著電磁場,就會(huì)產(chǎn)生感性耦合。
    (4)電容性耦合
    電容性耦合是通過電場進(jìn)行的耦合。見圖1。它發(fā)生于相鄰電路之間,比如在較大的電源線電流和信號(hào)線電流之間。在這兩個(gè)電路之間,如果電位差發(fā)生波動(dòng),那么就會(huì)有電流流過位于它們之間的絕緣介質(zhì),比如說空氣。
    彼此相臨近的兩條線路可以看作是一個(gè)電容器的兩極。耦合電容CK隨著線路之間并行長度的增加而線性增加,與此同時(shí),耦合電容隨著線路之間距離的增加而減小,把兩根電纜之間的距離從l mm增加到10 cm,在被干擾電路中的感應(yīng)電壓可能下降98%。

    (5)感性耦合
    感性耦合是一種經(jīng)由電磁場進(jìn)行的耦合。這種耦合在彼此并行的線路之間發(fā)生。一條線路中的電流變化會(huì)引起電磁場的波動(dòng),電磁場會(huì)影響并行線路,并在其中引起感應(yīng)電壓。這樣一來就會(huì)有電流流過,產(chǎn)生干擾信號(hào)。電感性耦合產(chǎn)生于電纜,線束和電纜管道中的并行線路。
    圖2給出了電感性耦合的產(chǎn)生方式。由啟動(dòng)較大的負(fù)載或者短路而造成的電路l中的電流變化,引發(fā)了磁場的波動(dòng),從而影響到電路2。

    (6)輻射耦合
    當(dāng)一些系統(tǒng)部件被與該部件尺寸相匹配波長的電磁波所激發(fā)時(shí),就會(huì)輻射能量,并通過電磁場向接收器傳播。由環(huán)路,偶極子或者單地線構(gòu)成的天線就屬于此類敏感部件。在這種情況下,眾所周知的干擾源包括:屏蔽不夠充分的高頻設(shè)備、無線電廣播和電視廣播設(shè)備、熒光燈、移動(dòng)電話等。

3 基本的EMC措施
   
產(chǎn)生電磁干擾有三個(gè)必要條件:干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感的接收單元,在電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)電磁兼容就是要破壞電磁干擾形成的條件。
    ·消除或抑制噪聲干擾源。
    ·切斷或限制噪聲干擾傳播途徑。
    ·提高敏感設(shè)備的抗干擾能力。
    在實(shí)際的工作中,會(huì)有來自成本壓力、技術(shù)等方面的約束和限制,不可能從三個(gè)方面都采取措施,此時(shí),往往以盡可能高的電磁兼容性效費(fèi)比作為電磁干擾消除或抑制的總的出發(fā)點(diǎn)。
    (1)屏蔽
    屏蔽是以某種導(dǎo)電材料或?qū)Т挪牧现瞥傻钠帘误w將需要防護(hù)的區(qū)域形成電磁隔離,達(dá)到阻隔或減少電磁能傳播的一種有效的電磁干擾技術(shù),屏蔽的原理是利用屏蔽體對干擾電磁波的吸收、反射來達(dá)到減弱干擾能量的目的。屏蔽能有效抑制通過空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個(gè):一是限制設(shè)備內(nèi)部的輻射電磁能越出某一區(qū)域;二是防止外部的輻射電磁能進(jìn)入某一區(qū)域。
    電控柜中常采用的屏蔽方式有:使用屏蔽電纜屏蔽、隔離板屏蔽、柜體屏蔽。變頻器輸出電纜采用屏蔽電纜,變頻器的控制電纜采用屏蔽線,屏蔽層接地。在電柜中間,常使用金屬隔板將強(qiáng)電部分和弱電部分隔離,達(dá)到屏蔽的目的。

    (2)濾波
    濾波器被用于保護(hù)設(shè)備中的電源網(wǎng)絡(luò)不受干擾的影響、保護(hù)電路不受來自電路內(nèi)部設(shè)備的干擾的影響。在濾波器的輸入端有用信號(hào)和不需要的信號(hào)混雜在一起,但輸出的則只有有用信號(hào),被濾出的無用信號(hào)通過地連接被消耗掉。
    在機(jī)柜內(nèi)安裝濾波器時(shí),遵循以下方針,濾波器直接安裝到電柜電源輸入處,濾波器要用螺釘直接固定在安裝板上,讓濾波器的金屬鍍鋅板外殼和安裝板良好接觸,濾波器的輸入線不能和輸出線或其它信號(hào)以及電源線放在一起,濾波器的輸入輸出線千萬不能并排放置。
    (3)接地
    元件安裝板必須使用未漆過的鍍鋅板,機(jī)柜內(nèi)的所有金屬接地部件都要連接到一起,濾波器變頻器等電氣部件要用螺絲直接固定在元件安裝板上,柜門和柜體通過接地銅帶連接,所有的保護(hù)接地導(dǎo)體都必須和大地連接。
    (4)布線
    控制電纜與動(dòng)力電纜盡量避免長距離平行分布,二者之間要留有一定距離,需要交叉時(shí)要從空間上垂直通過。
    (5)空間安排
    從EMC的角度出發(fā)進(jìn)行空間安排,也就是要讓各個(gè)敏感部件之間能夠保持一定距離,以避免耦合的發(fā)生,比如將變頻器、接觸器安裝在電柜的左部,將PLC、傳感器等安裝在電柜的右部,這樣一來,系統(tǒng)中的干擾源和敏感設(shè)備就會(huì)被盡量分開。
    (6)電氣隔離
    控制回路采用直流24V,或采用交流隔離變壓器將二次回路隔離,減少干擾。

4 實(shí)例介紹
   
圖4是2008年7月制作的扶梯電控柜照片,遵循了上述幾個(gè)原則,電柜中間是金屬隔離板,隔離板左邊是強(qiáng)電部分,右邊是弱電部分;變頻器安裝在左邊強(qiáng)電區(qū),變頻器的左邊是進(jìn)線濾波器,PLC安裝在電柜的右部;元件安裝版采用鍍鋅板,所有接地端子和接地線連通。

5 結(jié)語
   
本文簡要介紹了電控柜在電磁兼容設(shè)計(jì)中采用的一些主要的措施,實(shí)際應(yīng)用過程中,往往要具體問題具體分析,不同的產(chǎn)品要采用不同的方案。

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