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電磁兼容性(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。
因此,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擾度,即電磁敏感性。
在電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC中,對電磁兼容EMC(ElectromagneticCompatibility)的定義為系統(tǒng)或設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作,同時(shí)不會(huì)對其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。
EMC包括EMI(電磁干擾)及EMS(電磁耐受性)兩部分,所謂EMI電磁干擾,是機(jī)器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲;而EMS則是指機(jī)器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力。
各種電氣或電子設(shè)備在電磁環(huán)境復(fù)雜的共同空間中,以規(guī)定的安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求的正常工作能力。也稱電磁兼容性。
它的含義包括:
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。
EMC在我們生活、工業(yè)設(shè)備等等是非常普遍的,可以說是無處不在,例如我們在打電話時(shí)如果附近有手機(jī)在接收短信時(shí),聽筒會(huì)出現(xiàn)嗞啦嗞啦的噪音,這就是常見的EMC現(xiàn)象。還有日常使用的微波爐,在前面板和外殼必須使用電磁屏蔽,自然界中的閃電,人手上的靜電等等這些都是常見的EMC現(xiàn)象。
另外,在工業(yè)現(xiàn)場中,變頻器、整流器、電焊機(jī)等設(shè)備對PLC的干擾,步話機(jī)對其它設(shè)備的干擾等等。
1. 電磁兼容的三要素
系統(tǒng)要發(fā)生電磁兼容性問題,必須存在三個(gè)因素,即電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。所以,在遇到電磁兼容問題時(shí),要從這三個(gè)因素入手,找到造成干擾的根本原因,在工程實(shí)踐中,往往要采取多種措施,才能解決電磁兼容問題。
電磁干擾源
電磁干擾源分為自然的和人為的兩種。
自然干擾源主要包括大氣中發(fā)生的各種現(xiàn)象,如雷電等產(chǎn)生的噪聲。自然干擾源還包括來自太陽和外層空間的宇宙噪聲,如太陽噪聲、星際噪聲、銀河噪聲等。
人為干擾源是多種多樣的,如電鈴、氣體整流器、手機(jī)、電熱器、步話機(jī)、軟起動(dòng)器、變頻器、伺服、整流器、接觸器、中間繼電器、開關(guān)、熒光燈、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)、電弧焊接機(jī)、可控硅、逆變器、電暈放電、各種工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用高頻設(shè)備、電氣鐵道引起的噪聲以及由核爆炸產(chǎn)生的核電磁脈沖等。
耦合途徑
即傳輸電磁干擾的通路或媒介。電磁干擾傳播途徑一般也分為兩種:即傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式。耦合途徑的詳細(xì)劃分如圖1所示。
耦合途徑
圖 1電磁干擾的耦合途徑劃分
1)傳導(dǎo)耦合
傳導(dǎo)耦合是干擾源與敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一。
傳導(dǎo)耦合必須在干擾源與敏感設(shè)備之間存在有完整的電路連接,電磁干擾沿著這一連接電路從干擾源傳輸電磁干擾至敏感設(shè)備,產(chǎn)生電磁干擾。
傳導(dǎo)耦合的連接電路包括互連導(dǎo)線、電源線、信號線、接地導(dǎo)體、設(shè)備的導(dǎo)電構(gòu)件、公共阻抗、電路元器件等。
傳導(dǎo)耦合按其耦合方式可以劃分為三種基本方式:
電路性耦合
電容性耦合
電感性耦合
實(shí)際工程中,這三種耦合方式同時(shí)存在、互相聯(lián)系。
其中:電路性耦合是常見、簡單的傳導(dǎo)耦合方式。簡單的電路性傳導(dǎo)耦合模型如圖2所示。
圖 2電路性傳導(dǎo)耦合的一般形式
當(dāng)電路1有電壓U1作用時(shí),該電壓經(jīng)Z1加到公共阻抗Z12上。當(dāng)電路2開路時(shí),電路1耦合到電路2的電壓為
當(dāng)兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí),一個(gè)電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)電路,這就是共阻抗耦合,通過公共地線阻抗的耦合如圖3所示,對于這種耦合應(yīng)把接地線盡量縮短和加粗,降低公共地線阻抗。
多個(gè)接地點(diǎn)因?yàn)閷Φ刈杩共煌瑢a(chǎn)生干擾電壓,解決這個(gè)問題的辦法是采用一點(diǎn)接地,多個(gè)變頻器的一點(diǎn)接地示意圖如圖4所示。
圖 4多個(gè)變頻器的一點(diǎn)接地示意圖
阻抗干擾的解決方法:
讓兩個(gè)電流回路或系統(tǒng)彼此無關(guān)。信號相互獨(dú)立,避免電路的連接,以避免形成電路性耦合。
限制耦合阻抗,使耦合阻抗愈低愈好,當(dāng)耦合阻抗趨于零時(shí),稱為電路去耦。為使耦合阻抗小,必須使導(dǎo)線電阻和導(dǎo)線電感都盡可能小。
電路去耦:即各個(gè)不同的電流回路之間僅在一點(diǎn)作電的連接,在這一點(diǎn)就不可能流過電路性干擾電流,于是達(dá)到電流回路間電路去耦的目的。
隔離:電平相差懸殊的相關(guān)系統(tǒng)(比如信號傳輸設(shè)備和大功率電氣設(shè)備之間),常采用隔離技術(shù)。
2)電容耦合
容性耦合(The Capacitive Coupling)也稱為電耦合,它是由兩電路間的電場相互作用所引起。一對平行導(dǎo)線所構(gòu)成的兩電路間的電容性耦合模型及其等效電路如圖5所示。
Un的等效公式如下:
當(dāng)如果R為低阻抗,且滿足
那么,以上公式可簡化為
UN≈jωC12RU1
電容性耦合的干擾作用相當(dāng)于在導(dǎo)體2與地之間連接了一個(gè)幅度為In=j(luò)ωC12U1的電流源。
此公式是描述兩導(dǎo)體之間電容性耦合的重要的公式,它清楚地表明了拾取(耦合)的電壓依賴于相關(guān)參數(shù)。
假定干擾源的電壓U1和工作頻率f不能改變,這樣只留下兩個(gè)減小電容性耦合的參數(shù)C12和R。
減小耦合電容的方法:
干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電壓變化幅度和變化率盡可能地??;
被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成低阻;
兩個(gè)系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統(tǒng),則應(yīng)使其間距盡量大,導(dǎo)線盡量短,并且要避免平行走線;
可對干擾源的干擾對象進(jìn)行電氣屏蔽,屏蔽的目的在于切斷干擾源的導(dǎo)體表面和干擾對象的導(dǎo)體表面之間的電力線通路,使耦合電容變小。
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