電氣設(shè)備電磁兼容性研究

劉博 王龍

1.歐姆龍（大連）有限公司 遼寧大連 116600

2.斯凱孚(大連)軸承與精密技術(shù)產(chǎn)品有限公司 遼寧大連 116600

隨著各種電子電氣產(chǎn)品不斷涌入生活，對電氣設(shè)備的電磁兼容性（簡稱EMC）要求將更嚴(yán)苛。根據(jù)國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的定義，電磁兼容性的含義包括：電子系統(tǒng)或設(shè)備之間在電磁環(huán)境中的相互兼顧；電子系統(tǒng)或設(shè)備在自然界電磁環(huán)境中能按照設(shè)計(jì)要求正常工作。本文主要闡述各EMC項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)性及整改對策[1]。

1 各電磁兼容項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)性

1.1 傳導(dǎo)發(fā)射與輻射發(fā)射

電磁騷擾主要來自于電磁騷擾。電磁騷擾的傳播方式，可分為傳導(dǎo)發(fā)射與輻射發(fā)射。

傳導(dǎo)發(fā)射指通過一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體(如電源線、信號線或其他金屬體)傳播電磁騷擾能量的過程。從廣義上說，傳導(dǎo)發(fā)射還包括不同設(shè)備、不同電路使用公共地線或公共電源線所產(chǎn)生的公共阻抗耦合。而輻射發(fā)射通過空間傳播電磁騷擾能量。

由于二者的來源都是電磁騷擾，可以說傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射是同時(shí)存在的。因此二者的改善措施也是相輔相成。

1.2 諧波失真與電壓波動(dòng)閃爍

共同之處是設(shè)備影響電網(wǎng)電能品質(zhì)，從而間接影響其他用電設(shè)備。

諧波失真描述設(shè)備對電網(wǎng)電流的影響，由于輸出阻抗及非線性負(fù)載的存在，導(dǎo)致電源波形失真，功率轉(zhuǎn)換(整流和逆變)會(huì)產(chǎn)生大量諧波電流，增大電流與電壓的相位差，降低功率因數(shù)。改善對策是功率因數(shù)校正。

電壓波動(dòng)閃爍產(chǎn)生的原因是大功率設(shè)備運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓產(chǎn)生一系列變動(dòng)或連續(xù)偏差，使有功功率降低。改善對策是無功功率補(bǔ)償[2]。

1.3 靜電放電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度

（1）異同點(diǎn)。三者都屬于脈沖類瞬變騷擾，區(qū)別在脈沖形式和能量大小。瞬變騷擾的起因有開關(guān)動(dòng)作、電網(wǎng)故障、自然現(xiàn)象等。重要特征包括：①單方向或振蕩形式；②騷擾幅度及持續(xù)時(shí)間；③振蕩瞬變衰減系數(shù)；④脈沖強(qiáng)度或能量；⑤上升時(shí)間，或最大電壓梯度dv/dt；⑥騷擾源重復(fù)率；⑦共模和差模。

（2）特性比較。靜電具有長時(shí)間積聚、高電位、低電量、大電流和作用時(shí)間短的特點(diǎn)，所積累的靜電量通常為毫微庫侖；靜電電流多為微安；作用時(shí)間多為微秒。靜電抗擾度測試主要反映設(shè)備的密封性以及設(shè)備接地的可靠性。

脈沖群：上升時(shí)間快、持續(xù)時(shí)間短、能量低、重復(fù)頻率高。主要體現(xiàn)電網(wǎng)中雜波對設(shè)備的影響。

浪涌：呈脈沖狀，其波前時(shí)間為數(shù)微妙，脈沖半峰值時(shí)間從幾十微秒到幾百微秒，脈沖幅度從幾百伏到幾萬伏、或幾百安培到上千安培，是一種持續(xù)時(shí)間長、能量較強(qiáng)的干擾。主要反映電路中對瞬時(shí)高強(qiáng)能量的防護(hù)[3]。

1.4 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、工頻磁場抗擾度

射頻是可以輻射到空間的電磁頻率，是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。射頻場感應(yīng)引起的傳導(dǎo)騷擾與射頻場輻射電磁騷擾相互補(bǔ)充，形成150kHz～1000MHz全頻段的騷擾，其中150kHz～80MHz為傳導(dǎo)騷擾，80MH～1000MHz為輻射騷擾。而工頻磁場由交流輸變電設(shè)施產(chǎn)生。我國工頻是50Hz波長6000Km。

2 電磁兼容整改對策

2.1 抑制騷擾源

抑制騷擾源是電磁兼容設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的方式。減小騷擾源的du/dt主要通過在騷擾源兩端并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)。減小騷擾源的di/dt則在騷擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實(shí)現(xiàn)。常用措施例如：

（1）繼電器線路增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢。

（2）繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路，減小電火花影餉。

（3）給電機(jī)加濾波電路，注意電容、電感引線要短。

（4）電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01μF～0.1μF的高頻電容，以減小IC對電源的影響。

（5）布線時(shí)避免90度折線，減少高頻騷擾發(fā)射。

2.2 切斷騷擾傳播路徑

（1）單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)圧器，減小電源騷擾對單片機(jī)的騷擾。

（2）如果單片機(jī)的I/O口用來控制電機(jī)等騷擾器件，應(yīng)在I/O口與騷擾源之間加隔離(π形濾波電路)。

（3）晶振應(yīng)靠近單片機(jī)引腳，用地線隔離時(shí)鐘區(qū)，晶振外殼接地并固定。

（4）電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)弱信號、數(shù)字模擬信號分區(qū)。敏感元件(如單片機(jī))遠(yuǎn)離騷擾源(如電機(jī)、繼電器)。

（5）單片機(jī)和大功率器件的地線分開，以減小相互騷擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣。

（6）在單片機(jī)I/O口、電源線、電路板連接線等關(guān)鍵部位使用磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩等部件。

2.3 提高敏感器件的抗騷擾能力

（1）敏感器件周圍的布線減小回路的面積。

（2）IC器件直接焊在電路板上，不使用IC插座。

（3）閑置的單片機(jī)I/O口不懸空。

（4）對單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門狗電路。

（5）在速度能滿足要求的前提下降低單片機(jī)晶振或選用低速數(shù)字電路。

2.4 提高工控設(shè)備抗騷擾能力

（1）PLC的正確應(yīng)用。內(nèi)核電源和輸入輸出接口電源相互獨(dú)立，PLC內(nèi)核應(yīng)使用獨(dú)立電源。如果PLC輸出口接感性負(fù)載，例加電磁閥、繼電器等，需在負(fù)載兩端增加反向二極管，用于示放電磁閥或繼電器斷開瞬間產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢。

（2）電源的選擇。開關(guān)電源容易受到高頻騷擾信號影響，不宜直接作為內(nèi)核電源使用，應(yīng)在開關(guān)電源前接1：1的隔離變壓器。或在內(nèi)核電源的輸入端接共模線圈，用來阻隔高頻騷擾。

（3）繼電器和接觸器的騷擾抑制。繼電器和接觸器都是感性負(fù)載，RC回路具有騷擾抑制作用。通常，觸點(diǎn)容量30A以下時(shí)RC回路為470Ω和0.1μF，觸點(diǎn)容量30A以上時(shí)RC回路為470Ω 和 0.47μF。

3 結(jié)語

以上闡述了電磁兼容性項(xiàng)目的基本概念和關(guān)聯(lián)性，并提出了整改對策的一般方案，主要包括抑制騷擾源、切斷騷擾傳播途徑、提高敏感元件和工控設(shè)備的抗擾能力，為整改提供思路。