測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)電磁干擾機(jī)理和抑制措施

傳導(dǎo)干擾可分為共模(CM)干擾和差模(DM)干擾。由于寄生參數(shù)的存在以及開關(guān)電源中開關(guān)器件的高頻開通與關(guān)斷，開關(guān)電源在其輸入端(即交流電網(wǎng)側(cè))產(chǎn)生較大的共模干擾和差模干擾。

開關(guān)電源、中的電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。通常傳導(dǎo)干擾比較好分析，可以將電路理論和數(shù)學(xué)知識結(jié)合起來，對電磁干擾中各種元器件的特性進(jìn)行研究;但對輻射干擾而言，由于電路中存在不同的干擾源的綜合作用，又涉及到電磁場理論，分析起來比較困難。

傳導(dǎo)干擾可分為共模(CM)干擾和常模(DM)干擾。由于寄生參數(shù)的存在以及開關(guān)電源中開關(guān)器件的高頻開通與關(guān)斷，開關(guān)電源在其輸入端(即交流電網(wǎng)側(cè))產(chǎn)生較大的共模干擾和常模干擾。

變換器工作在高頻情況時，由于dvldt很高，激發(fā)變壓器繞組間以及開關(guān)管與散熱片間的寄生電容，從而產(chǎn)生共模干擾。

根據(jù)共模干擾產(chǎn)生的原理，實際應(yīng)用時常采用以下幾種抑制方法:

(1)優(yōu)化電路元器件布置，盡量減少寄生、糯合電容。

(2)延緩開關(guān)的開通、關(guān)斷時間，但這與開關(guān)電源高頻化的趨勢不符。

(3)應(yīng)用緩沖電路，減緩dvldt的變化率。變換器中的電流在高頻情況下作開關(guān)變化，從而在輸人、輸出的濾波電容上產(chǎn)生很高的dvl巾，即在濾波電容的等效電感或阻抗上感應(yīng)出干擾電壓，這時就會產(chǎn)生常模干擾。故選用高質(zhì)量的濾波電容(等效電感或阻抗很低)可以降低常模干擾。

輻射干擾又可分為近場干擾[測量點(diǎn)與場源距離<λ/6(λ為干擾電磁波波長)]和遠(yuǎn)場干擾(測量點(diǎn)與場源距離>λ/6)。由麥克斯韋電磁場理論可知，導(dǎo)體中變化的電流會在其周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場又產(chǎn)生變化的電場。兩者都遵循麥克斯韋方程式。而這一變化電流的幅值和頻率決定了產(chǎn)生電磁場的大小以及其作用范圍。在輻射研究中天線是電磁輻射源，在開關(guān)電源電路中，主電路中的元器件、連線都可以認(rèn)為是天線，可以應(yīng)用電偶極子和磁偶極子理論來分析。分析時，二極管、開關(guān)管、電容等可看成電偶極子;電感線圈可以認(rèn)為是磁偶極子，再以相關(guān)的電磁場理論進(jìn)行綜合分析就可以了。

需要注意的是，不同支路的電流相位不一定相同，在磁場計算時這一點(diǎn)尤其重要。相位不同，一是因為干擾從干擾源傳播到測量點(diǎn)存在時延作用(也稱遲滯效應(yīng));二是因為元器件本身的特性導(dǎo)致相位不同。如電感中電流相位比其他元器件要滯后。遲滯效應(yīng)引起的相位滯后是信號頻率作用的結(jié)果，僅在頻率很高時作用才較明顯(如GHz級或更高);對于功率電子器件而言，頻率相對較低，故遲滯效應(yīng)作用不是很大。

在開關(guān)電源產(chǎn)生的兩類干擾中，傳導(dǎo)干擾由于經(jīng)電網(wǎng)傳播，會對其他電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，往往引起更嚴(yán)重的問題。常用的抑制方法有緩沖器法，減少搞合路徑法，減少寄生元件法等。近年來，隨著對電子設(shè)備電磁干擾的限制越來越嚴(yán)格，又出現(xiàn)了一些新的抑制方法，主要集中在新的控制方法與新的無源緩沖電路的設(shè)計等幾個方面。

干擾是根據(jù)開關(guān)頻率變化的，干擾的能量集中在這些離散的開關(guān)頻率點(diǎn)上，所以很難滿足抑制電磁干擾(EMI)的要求。通過將開關(guān)信號的能量調(diào)制分布在一個很寬的頻帶上，產(chǎn)生一系列的分立邊頻帶，則干擾頻譜可以展開，干擾能量被分成小份分布在這些分立頻段上，從而更容易達(dá)到EMI標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)制頻率控制就是根據(jù)這種原理實現(xiàn)對開關(guān)電源電磁干擾的抑制。

最初人們采用隨機(jī)頻率控制，其主要思想是在控制電路中加入一個隨機(jī)擾動分量，使開關(guān)間隔進(jìn)行不規(guī)則變化。則開關(guān)噪聲頻譜由原來離散的尖峰脈沖噪聲變成連續(xù)分布噪聲，其峰值大大下降。具體辦法是，由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生兩種不同占空比的脈沖，再與電壓放大器產(chǎn)生的誤差信號進(jìn)行采樣選擇產(chǎn)生最終的控制信號。

但是，隨機(jī)頻率控制在開通時基本上采用PWM控制的方法，在關(guān)斷時才采用隨機(jī)頻率，因而其調(diào)制干擾能量不便控制，抑制干擾的效果不是很理想。而最新出現(xiàn)的調(diào)制頻率控制很好地解決了這些問題，其原理是，將主開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)制，在主頻帶周圍產(chǎn)生一系列的邊頻帶，從而將噪聲能量分布在很寬的頻帶上，降低了干擾。這種控制方法的關(guān)鍵是對頻率進(jìn)行調(diào)制，使開關(guān)能量分布在邊頻帶的范圍，且幅值受調(diào)制系數(shù)β的影響(調(diào)制系數(shù)β=△f/fm，△f為相鄰邊頻帶間隔，fm為調(diào)制頻率)，一般β越大調(diào)制效果越好。

開關(guān)變換器中的電磁干擾是在開關(guān)管開關(guān)時刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例，在開通時，其導(dǎo)通電源不僅引起大量的開通損耗，還產(chǎn)生很大的dvl巾，導(dǎo)致電磁干擾;而在關(guān)斷時，其兩端的電壓快速升高，有很大的dvl巾，從而產(chǎn)生電磁干擾。緩沖電路不僅可以抑制開通時的dvldt、限制關(guān)斷時的dvl白，還具有電路簡單、成本較低的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的緩沖電路中往往采用有源輔助開關(guān)，電路復(fù)雜不易控制，并有可能導(dǎo)致更高的電壓或電流應(yīng)力，降低了可靠性。因此許多新的無源緩沖器應(yīng)運(yùn)而生。

(1)利用屏蔽技術(shù)減少電磁干擾。為有效的抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo)及高次諧波引發(fā)的噪聲電流， 在用變頻器驅(qū)動的電梯電動機(jī)電纜必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導(dǎo)至少為每相導(dǎo)線芯的電導(dǎo)線的 1/10，且屏蔽層應(yīng)可靠接地?？刂齐娎|最好使用屏蔽電纜；模擬信號的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線；不同的模擬 信號線應(yīng)該獨(dú)立走線，有各自的屏蔽層。以減少線間的耦合，不要把不同的模擬信號置于同 一公共返回線內(nèi)；低壓數(shù)字信號線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。模擬信號和數(shù)字信號的傳輸電纜，應(yīng)該分別屏蔽和走線應(yīng)使用短 。

(2)利用接地技術(shù)消除電磁干擾。要確保電梯控制柜中的所有設(shè)備接地良好，而粗的接地線．連接到電源進(jìn)線接地點(diǎn)(PE)或接地母排上。特別重要的是，連接到變頻器的任何電子控制設(shè)備都要與其共地，共地時也應(yīng)使用短和粗的導(dǎo)線。同時電機(jī)電纜的地線應(yīng)直 接接地或連接到變頻器的接地端子(PE)。上述接地電阻值應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)利用布線技術(shù)改善電磁干擾。電動機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線，同時應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長距離平行走線，以減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾； 控制電纜和電源電纜交叉時，應(yīng)盡可能使它們按 90°角交叉，同時必須用合適的線夾將電機(jī)電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。

(4)利用濾波技術(shù)降低電磁干擾。利用進(jìn)線電抗器用于降低由變頻器產(chǎn)生的諧波，同時也可用于增加電源阻抗，并幫助吸收附近設(shè)備投入工作時產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的尖峰電壓。進(jìn)線電抗器串接在電源和變頻器功率輸入端之間。當(dāng)對主電源電網(wǎng)的情況不了解時，最好加進(jìn)線電抗器。在上述電路中還可以使用低通頻濾波器(FIR 下同)，F(xiàn)IR 濾波器應(yīng)串接在 進(jìn)線電抗器和變頻器之間。對噪聲敏感的環(huán)境中運(yùn)行的電梯變頻器， 采用 FIR 濾波器可以有效減小來自變頻器傳導(dǎo)中的輻射干擾。

(5)照明線干擾、電機(jī)反饋的干擾過大、系統(tǒng)電源線受干擾的現(xiàn)場，通過以上各種接地?zé)o法消除通訊干擾，可以使用磁環(huán)對干擾進(jìn)行抑制，按以下方法順序進(jìn)行增加磁環(huán)，通訊恢復(fù)正常為止： 1、如照明的兩根電源線同時斷開如通訊恢復(fù)正常，請在控制柜下照明的兩線上增加一磁環(huán)，纏繞3 圈（孔徑20到30，厚10，長20左右的磁環(huán)）。如斷開照明線并無效果說明照明線并不干擾通訊，不作處理。 2、在通訊線C+、C-上從主板出線處增加一磁環(huán)，纏繞一圈。注意只能纏繞一圈，多纏后轎廂通訊顯示會變好但轎廂傳來的有效信號大部分濾掉，造成轎廂內(nèi)選登記不上。3、在主板輸出給轎廂、呼梯的24V電源和0V地線上增加一磁環(huán)纏繞2到3圈。 4、在運(yùn)行接觸器與電機(jī)之間三相線各加一磁環(huán)纏繞一圈 。 經(jīng)過以上方法增加磁環(huán)后能處理現(xiàn)場的電源、電機(jī)、照明干擾。

(6) 磁環(huán)材料的選擇: 根據(jù)干擾信號的頻率特點(diǎn)可以選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體，以選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體， 前者的高頻特性優(yōu)于后者。前者的高頻特性優(yōu)于后者。錳鋅鐵氧體的磁導(dǎo)率在幾千---上萬，而鎳鋅鐵氧體為幾百---上千。鐵氧體的磁導(dǎo)率的磁導(dǎo)率越高，其低頻時的阻抗越大，高頻時的阻抗越小。 阻抗越大，高頻時的阻抗越小。所以，在抑制高頻干擾時，宜選用鎳鋅鐵氧體； 用鎳鋅鐵氧體；反之則用錳鋅鐵氧體。 或在同一束電纜上同時套上錳鋅和鎳鋅鐵氧體，這樣可以抑制的干擾頻段較寬。磁環(huán)的尺寸選擇: 磁環(huán)的內(nèi)外徑差值越大，縱向高度越大，其阻抗也就越大，但磁環(huán)內(nèi)徑一定要緊包電纜，避免漏磁。 磁環(huán)的安裝位置: 磁環(huán)的安裝位置應(yīng)該盡量靠近干擾源，即應(yīng)緊靠電纜的進(jìn)出口。