電氣控制柜的抗震和電磁屏蔽改進設(shè)計

陳興

摘 要：電磁干擾和震動是電氣控制柜在運行工作中經(jīng)常遇到的問題，對控制柜的安全穩(wěn)定運行和使用壽命等都有很大的影響。因此，為了確保電氣控制柜的安全穩(wěn)定運行，減少因震動造成的故障損壞，延長控制柜的使用壽命，我們必須要加強對控制柜的抗震和電磁屏蔽的改進設(shè)計，本文對此進行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：電氣控制柜；抗震；電磁屏蔽；改進設(shè)計

隨著電氣技術(shù)和自動化控制技術(shù)的發(fā)展，電氣控制柜在網(wǎng)絡(luò)、機械、電力等自動控制環(huán)節(jié)中的應(yīng)用越來越廣泛，以PLC控制柜為代表的電氣控制柜更是以良好的集成性和穩(wěn)定性成為現(xiàn)代工業(yè)的核心和靈魂，電氣控制柜在現(xiàn)代社會生產(chǎn)活動中的重要性也由此可見一斑。電氣控制柜內(nèi)容納了很多精密的電子電氣元件，它們對工況環(huán)境的要求比較高，只有在平穩(wěn)、干燥、少塵、無電磁干擾的工況環(huán)境下才能保持長期的安全穩(wěn)定運行。而電氣控制柜在工業(yè)生產(chǎn)等方面的實際應(yīng)用中，由于工況環(huán)境比較復(fù)雜，電氣控制柜結(jié)構(gòu)越來越緊湊，因而也經(jīng)常會不可避免地受到震動和電磁干擾的影響。頻繁的震動和電磁干擾影響下，不僅容易造成電氣元件焊接點和線路的松脫，而且還會影響電氣元件工作的穩(wěn)定性，繼而造成生產(chǎn)停滯甚至引發(fā)一些安全事故，因此，人們對電氣控制柜結(jié)構(gòu)中的抗震和電磁屏蔽的改進設(shè)計也提出了更高的要求。通過實踐研究，從材料選擇、表面處理、走線接地等方面入手進行改進設(shè)計，可以有效減少控制柜的電磁干擾。

1 電氣控制柜的電磁干擾分析

1.1 電磁兼容性與電磁干擾

現(xiàn)代社會是電氣化的時代，電氣控制柜在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，并且其結(jié)構(gòu)設(shè)計中也是越來越緊湊，在電氣控制柜集成性、功能性更強大的同時，各電子裝備相互間的電磁干擾也更加嚴重。柜內(nèi)電子設(shè)備處在一個復(fù)雜的電磁環(huán)境中，為了使電氣設(shè)備在電磁環(huán)境中正常運行，各項性能指標不受影響，這就需要電氣設(shè)備本身要具有抵抗環(huán)境電磁干擾（EMI）的能力；而與此同時，設(shè)備還應(yīng)具有一定的電磁兼容能力（EMC），使設(shè)備不干擾其他設(shè)備的正常工作。電氣控制柜的改進設(shè)計中應(yīng)充分考慮到電磁干擾和電磁兼容性的要求，做好相應(yīng)的屏蔽措施。

1.2 自生干擾

自生干擾顧名思義，是指電氣設(shè)備內(nèi)部各功能單元之間通過電路連接和電磁輻射而產(chǎn)生的干擾。其干擾表現(xiàn)為各功能單元內(nèi)部產(chǎn)生的高頻輻射，對元器件本身或其他元器件的穩(wěn)定性造成的干擾影響；印刷電路板上的級間漏電和線間電容造成的干擾。

1.3 入侵干擾

入侵干擾是指電氣控制柜以外的干擾因素對電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。主要包括外部高頻高壓設(shè)備產(chǎn)生的強磁場的輻射干擾；各功能單元電路中開關(guān)電源、變壓器、逆變器等產(chǎn)生的干擾；外部高電壓設(shè)備通過公共接地和公用電源對電氣控制柜系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾；由設(shè)備散熱產(chǎn)生的熱輻射而對單元性能和整機功能等造成的干擾。

2 電氣控制柜的抗震和電磁屏蔽改進設(shè)計

根據(jù)電磁學的基本原理，凡是利用導(dǎo)磁性和導(dǎo)電性能良好的材料所構(gòu)成的密閉殼體都具有明顯的電磁屏蔽功能，在電氣控制柜的抗電磁干擾設(shè)計中，也應(yīng)充分利用該原理來控制電磁感應(yīng)和輻射的傳播，抑制電磁干擾。

2.1 電氣控制柜的整體設(shè)計和屏蔽材料的選擇

根據(jù)電磁學基本原理我們可知，屏蔽材料的選擇對電磁屏蔽效果的影響是最大的，在屏蔽材料選擇上一定要選用導(dǎo)磁性和導(dǎo)電性良好的材料，如果靜電屏蔽和電磁屏蔽都要兼顧的話，可采用電場屏蔽和磁場屏蔽雙層屏蔽的結(jié)構(gòu)來解決，其屏蔽效果為每層屏蔽效果之和。一般情況下屏蔽材料的選擇對1KHZ以下的低頻屏蔽體選用磁導(dǎo)率較高的磁性材料，如鐵、坡莫合金等；對高頻屏蔽體選用良導(dǎo)體。由于剛材料具有較高的導(dǎo)電率，因此也是用于磁場屏蔽的理想材料。一般來講，電氣控制柜的柜體通常采用不銹鋼材料，一來是可以抵抗外界的電磁干擾，再者也確保了柜體結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，提高了柜體的抗震性能。雖然屏蔽材料的厚度與其屏蔽效果是成正比的，但在實際應(yīng)用中考慮到厚度對其尺寸、重量、適用性等方面的影響，因而其厚度也應(yīng)根據(jù)實際情況來確定，在確保良好屏蔽效果的基礎(chǔ)上盡量薄一些。

2.2 接縫設(shè)計

屏蔽體的表面應(yīng)是平滑而成一體的表面，無縫隙、無孔洞，才能確保屏蔽體良好的電磁屏蔽效果。但在實際中，電氣控制柜的機殼通常是采用焊接、螺接等方法加工而成的，由于焊接質(zhì)量和螺絲緊固件之間存在的不密閉空間，使得屏蔽體表面的金屬板之間經(jīng)常存在一些細長的縫隙，繼而也導(dǎo)致了屏蔽效果的下降。從控制縫隙方面考慮，柜體的接縫形式以搭邊焊最為理想，并且相比于螺接等方式，焊接柜體的穩(wěn)定性和抗震性能也更好。為控制焊縫質(zhì)量，保證屏蔽效果，在焊縫設(shè)計時應(yīng)注意以下：焊接前應(yīng)做好校直工作，在結(jié)合處需采用連續(xù)焊接，同時應(yīng)使用夾具定位等方式，以減少焊接變形；焊縫必須保證焊接牢靠，不得有虛焊、漏焊以及裂紋、燒穿等情況，焊接高度均等于被焊接的最小質(zhì)量。

2.3 布線的抗震和抗干擾防護設(shè)計

由于不同電纜中電位各不相同，因此，電纜的電磁泄露也會造成電磁干擾，這就需要我們采取合理的布線設(shè)計，才能有效地抑制這類干擾。布線設(shè)計中一是要將容易受到干擾的弱電線與發(fā)射干擾的強電線分開布置，使它們盡量遠離，布線設(shè)計時合理安排好強電和弱電的左右分區(qū)；二是要減小回路的布線網(wǎng)孔，利用絞合線完成布線；三是要使接線盡量短、直，切不可迂回繞彎，如果迂回繞彎形成線圈的話，比較容易形成和接受電磁干擾。因此，在布局中應(yīng)將空開和接觸器等分開布置于上、下格子中，以減少其干擾的產(chǎn)生。同時注意電纜、電氣元件等要螺絲、卡子等固定牢靠，有防震要求的應(yīng)增加減震裝置，其緊固螺栓也應(yīng)采取相應(yīng)的防松措施。

參考文獻

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[2]區(qū)健昌.電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

（作者單位：邯鄲市天海人力資源有限公司）