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电磁兼容的基本概念是什么?电磁干扰三要素是什么?如何抑制干扰

归档日期:07-03       文本归类:防止干扰      文章编辑:爱尚语录

  电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科,涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事以至人民生活各个方面。在当今信息社会,随着电子技术、计算机技术的发展,一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加,而且电子设备的频带日益加宽,功率逐渐增大,灵敏度提高,联接各种设备的电缆网络也越来越复杂,因此,电磁兼容问题日显重要。

  所谓电磁兼容性(EMC)是指电子线路、系统相互不影响,在电磁方面相互兼容的状态。IEEE C63.12-1987规定的电磁兼容性是指“一种器件、设备或系统的性能,它可以使其在自身环境下正常工作并且同时不会对此环境中任何其他设备产生强烈电磁干扰”。

  式中:G为噪声源强度;C为噪声通过某种途径传到受干扰处的耦合因素;I为受干扰设备的敏感程度。

  G,C,I这三者构成电磁干扰三要素。电磁干扰抑制技术就是围绕这三要素所采取的各种措施,归纳起来就是:抑制电磁干扰源。切断电磁干扰耦合途径;降低电磁敏感装置的敏感性。

  电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗,而阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗,这个阻抗主要是由导线 Hz时的阻抗近似认为是直流电阻,当频率达到10 MHz时,它的阻抗是直流电阻的1 000~100 000倍。因此对于射频电流,当电流流过地线时,电压降是很大的。为了减小交流阻抗,一个有效的办法是多根导线并联,以减少和地线之间的电感。当两根导线并联时,其总电感L为:

  由于地线阻抗的存在,当电流流过地线时,就会在地线上产生电压。这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的,因此成为地环路干扰,如图1所示。

  消除公共阻抗耦合的途径有两个,一个是减小公共地线部分的阻抗,另一个方法是通过适当的接地方式避免容易相互干扰的电路共用地线,一般要避免强电电路和弱电电路共用地线,数字电路和模拟电路共用地线 电磁干扰的抑制方法

  (1)安全接地:使用交流电的设备必须通过黄绿色安全地线接地,否则当设备内的电源与机壳之间的绝缘电阻变小时,会因为漏电而导致电击伤害。

  屏蔽接地 为了防止由电路之间的寄生电容产生的相互干扰,必须进行隔离和屏蔽,用于隔离和屏蔽的金属必须接地。

  滤波器接地 滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容,当滤波器不接地时,这些电容就处于悬浮状态,起不到旁路的作用。

  噪声和干扰抑制 对内部噪声和外部干扰的控制,应将设备或系统上的某些点与地相连,从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道。

  电路参考 电路之间信号要正确传输,必须有一个公共电位参考点,这个公共电位参考点就是地。因此所有互相连接的电路必须接地。

  一般在设计要求时仅明确安全和雷电防护接地的要求,其他均隐含在用户对系统或设备的电磁兼容要求中。

  设备的信号接地,是以设备中某一点或一块金属薄板来作为信号的接地参考点,它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。

  实际应用中有几种基本的信号接地方式,即浮地、单点接地、多点接地和混合接地。

  浮地的最大优点是抗干扰性能好。缺点是由于设备不与公共地相连,容易在两者间造成静电积累,当电荷积累到一定程度后,在设备地与公共地之间的电位差可能引起剧烈的静电放电,而成为破坏性很强的干扰源。一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻,用以释放所积聚的电荷。实现设备的浮地可采用变压器隔离或光电隔离。

  单点接地是指在一个电路或设备中只有一个物理点被定义为接地参考点,凡需要接地的点都被接至这一点,如图3所示。对一个系统,如采用单点接地,则系统中的每个设备都有自己的单点接地点,然后各设备的“地”再与系统中惟一指定的参考接地点相连。

  多点接地指设备中凡需要接地的点都直接接到距它最近的接地平面上,以便使接地线所示。这里说的接地平面可以是设备的底板、专用接地母线,甚至是设备的机架。

  单点接地与多点接地的分界常以流通信号波长的0.05倍为界,凡单点接地线以上时,就应当用多点接地。

  实际应用中,除认真考虑设备内部的信号接地外,通常还要将设备的信号地、机壳与大地连在一起,并以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的有三个:

  ②释放机箱上所积聚的电荷,避免因电荷积聚使机箱电位升高,造成电路工作的不稳定;

  ③避免设备在外界电磁环境的干扰下造成设备对大地的电位发生变化,引起设备工作的不稳定。

  如能将接地与屏蔽、滤波等技术配合使用,对提高设备的电磁兼容性可起到事半功倍的作用。

  判断接大地有效性的重要指标是接地电阻。接地电阻除与接地电极的制作方式有关外,也和大地自身的性质有关。

  正确的接大地方法是用直径1~2 cm的铜棒(长2~4 m)打入地下,深度在2 m以上。一根铜棒的接地电阻在25 左右,这对一些小功率电气设备已经够用。若要达到更小的接地电阻,可增加铜棒附近地域的盐分和水分,还可将几根铜棒互连成网。一般接地电阻以10 为设计目标。

  用金属材料将设备内部产生噪声的区域封闭起来的方法称为屏蔽。屏蔽能有效抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个:一是限制设备内部的辐射电磁能越出某一区域;二是防止外部的辐射电磁能进入设备内部。

  电场屏蔽就是用导体将噪声源(或被屏蔽物体)包围起来,然后接地,以达到屏蔽的目的。由于导体表面的反射损耗很大,很薄的材料(铝箔、铜箔)也有很好的屏蔽效果。另外,机箱上即使有缝隙,也不会产生太大的影响。

  磁场屏蔽的主要原理是利用屏蔽体的高导磁率、低磁阻特性对磁通所起的磁分路作用,使屏蔽体内部的磁场大大削弱。当要屏蔽外部强磁场时,要求外层屏蔽体选用不易磁饱和的材料,如硅钢等;内层则用容易达到饱和的高导磁材料。反之,屏蔽体的材料使用次序也需颠倒过来。两层屏蔽体在安装时要注意彼此间的磁路绝缘。若屏蔽体无接地要求,可用绝缘材料作支撑;如要求接地,可用非铁磁材料的金属作支撑。

  反射和吸收 电磁波透过金属到达屏蔽体另一表层时,在金属与空气交界面上会再次形成反射,重返屏蔽体内部,结果在屏蔽体内部形成多次反射和吸收现象(当然最终还会有少量电磁波透过屏蔽体而进入被保护空间)。

  针对不同的干扰,应采取不同的抑制方法和器件,下面对不同的抑制器件分别作简要叙述。

  只要通过对供电线路进行简单处理就可以获得一定的干扰抑制效果。例如在三相供电系统中把一相作为干扰敏感设备的供电电源;把另一相作为外部设备的供电电源;再把第三相作为常用测试仪器或其他辅助设备的供电电源。这样可减少设备之间的相互干扰,同时也有利于三相平衡。在现代电子系统中,由于配电线路中非线性负载的使用,造成线路中谐波电流的存在,而谐波分量在中线里不能相互抵消,而是叠加,因此尽量采用较粗的中线,以减小线路阻抗,降低干扰。

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