電磁兼容實(shí)例分析及抑制策略

O引言
電磁兼容是研究電磁干擾的一門(mén)學(xué)科。所謂的電磁兼容是指某些設備或某些系統在包圍它的電磁環(huán)境中不受其影響，從而確保它們工作的穩定性【1】。同時(shí)，也不會(huì )受在同一電磁環(huán)境中的其它設備對其的影響，它們和諧共處，互不干擾，各自完成自己正常功能。因此，電磁兼容技術(shù)受到了格外的重視。
1實(shí)現電磁兼容的前提條件
如果一個(gè)系統或設備符合下面三個(gè)條件，該系統或設備稱(chēng)之為電磁兼容：(1)對其他系統或設備不產(chǎn)生干擾；(2)對其他系統或設備發(fā)射不敏感；(3)對系統或設備本身不產(chǎn)生干擾[21。
要想實(shí)現以上三個(gè)基本條件，首先要弄清楚電磁干擾發(fā)生的必備條件，任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生首先應該具備以下條件：有干擾源(一般分為自然干擾和人為干擾兩種)、有傳播干擾能量的途徑和通道(一般傳播方式有兩種，一種是傳導耦合方式；另一種為輻射耦合方式)、同時(shí)還必須有被干擾對象(即敏感設

備)的響應。這三個(gè)電磁干擾條件也可稱(chēng)之為電磁干擾三要素圈，缺一不可。
在解決電磁干擾問(wèn)題時(shí)，最重要的是判斷干擾的來(lái)源。根據信號的頻率確定干擾源是最簡(jiǎn)單的方法，因為在信號的所有特征中，頻率特征值最穩定，并且
電路設計人員往往對電路中各個(gè)部位的信號頻率都十分清楚。因此，只要知道了干擾信號的頻率，就能夠推測出干擾源位置。
2電磁干擾耦合路徑
電磁干擾一般可分為傳導耦合方式和輻射耦合方式兩大類(lèi)[4】。而任何電磁干擾的發(fā)生都必然存在干擾能量的傳輸和傳輸路徑，通常電磁干擾傳輸有兩種
方式：一種是傳導傳輸方式；另一種是輻射傳輸方式。所謂的傳導傳輸方式是指電磁干擾通過(guò)電源線(xiàn)路、接地線(xiàn)或信號線(xiàn)的傳播來(lái)達到干擾對方設備或儀器。
如：雷電沖擊源通過(guò)電源線(xiàn)傳人到達對象的干擾；設備或系統內部某些元件發(fā)熱，直接影響元件本身或其它元件的穩定性而造成的干擾；信號通過(guò)地線(xiàn)、電源
和傳輸導線(xiàn)的阻抗互相耦合或導線(xiàn)之間的互感成的干擾。而輻射傳輸方式是指通過(guò)電磁源空間傳播到達敏感設備的干擾。如輸電線(xiàn)路電暈產(chǎn)生的無(wú)線(xiàn)電干
擾；電磁波對電子線(xiàn)路或系統產(chǎn)生的干擾；外部高電壓、電源通過(guò)絕緣漏電而干擾電子線(xiàn)路、設備或系統
等等。因此，對干擾耦合路徑的深入研究，是制定抗干擾的有力措施，同時(shí)，對消除或抑制干擾有著(zhù)重要的意義。
3典型電磁兼容實(shí)例分析及處理方法

(1)當儀器需要在某個(gè)頻率上輸出時(shí)(如輸出頻率為50Hz)，儀器內部的信號產(chǎn)生部分，利用精密振蕩器式數字合成法，產(chǎn)生了一個(gè)極其穩定準確的 50Hz交
流信號，這個(gè)信號根據要求經(jīng)過(guò)信號通道進(jìn)行處理，最后通過(guò)功率放大器放大輸出。此時(shí)，給穩壓電源供電的電源，即我們日常使用的電源頻率同樣也是
50Hz，但有士0．5Hz的允許偏差范圍，且穩定性不好，經(jīng)常出現漂移，當它轉換成直流給穩壓電源供電時(shí)，通過(guò)各種途經(jīng)串人穩壓電源的信號通路，與儀器產(chǎn)生的50Hz信號混合在一起，由于它們頻率相近，但又不完全相等，即出現拍頻現象，干擾穩壓電源的正常工作。
處理方法：采用的專(zhuān)線(xiàn)供電法，采用專(zhuān)用發(fā)電機供電，使供電頻率與穩壓電源輸出頻率不同，以避開(kāi)差拍影響。還可靠提高工藝水平來(lái)避免差拍的。由于電網(wǎng)干擾儀器的途經(jīng)和因素太多，如布線(xiàn)、屏蔽、信噪比、負反、接地等眾多的因素都必須考慮到，所以此種方法實(shí)施起來(lái)很麻煩，不易做到。其次，采用使儀器
的輸出頻率跟蹤在電網(wǎng)頻率上的方法，當電網(wǎng)頻率有變化時(shí)，輸出頻率也隨之改變，保持輸出頻率始終與電網(wǎng)頻率同頻，這樣就不會(huì )產(chǎn)生拍頻。
另外，當儀器的輸出有拍頻干擾時(shí)，還可利用電路在放大器的輸人端送人—個(gè)與干擾信號相位相反，幅值相同的同頻信號，利用這個(gè)信號去抵消由干擾信
號引起的差拍。使儀器輸出信號無(wú)拍頻或拍頻干擾很小。如圖1所示。

首先在儀器的輸出端，對帶有拍頻的輸出信號進(jìn)行采樣，將采集到的信號進(jìn)人精密檢波器將差拍信號檢出，然后把檢出的差頻信號進(jìn)行峰值檢波，得到一
直流電平并輸人到一個(gè)控制放大器?？刂品糯笃鞯妮斎诵盘柺菑碾娋W(wǎng)信號采樣后供給的，這個(gè)電網(wǎng)信號即儀器的干擾信號。通過(guò)人為加人的電網(wǎng)信號，可以抵
消原來(lái)的拍頻干擾，使得儀器輸出一個(gè)理想的信號。
但加人的信號與原來(lái)的干擾信號因相位的緣故，產(chǎn)生的結果可能是相抵消，也可能是相迭加的形式。如果加人的信號與原干擾信號同相，則輸出的拍頻幅度是
增加的，經(jīng)輸出采樣后，使得放大器的增益更大，進(jìn)一步加大了輸人信號的幅度，也使儀器輸出的拍頻幅度越來(lái)越大。這種結果相當于—個(gè)正反饋系統。所以又
設計一個(gè)同相、反相檢測執行單元。在正反饋情況下，拍頻輸出的幅度越來(lái)越大，達到一定的幅度后，檢測電路檢出，執行電路對加人的信號倒相，達到抵消的
目的。對于其它相位狀態(tài)，可在上述工作后，利用在1800范圍內移相的方法、尋找出使輸出拍頻最小的相位狀態(tài)。這里可采用自動(dòng)移相的方法，當移相到某個(gè)

相位輸出拍頻最小時(shí)，鎖定該相位，也可以采用手動(dòng)移相的方法，設置一個(gè)手動(dòng)移相器并進(jìn)行調諧，使得輸出拍頻最小。這種方法簡(jiǎn)便實(shí)用，也可以達到良好
的效果。
(2)電網(wǎng)存在一次回路和二次回路，各種測控設備基本都掛在二次回路上運行。由于一次回路和二次回路存在電、磁的聯(lián)系，每當開(kāi)關(guān)操作時(shí)，電弧的熄滅
和重燃引起一系列高頻振蕩。線(xiàn)路上的電壓振蕩通過(guò)電纜耦合到二次設備上，同時(shí)，振蕩頻率足夠高時(shí)還會(huì )發(fā)射電磁波，形成輻射脈沖電磁場(chǎng)，然后通過(guò)變壓
器、互感器及空間耦合等方式傳遞干擾信號，這些干擾信號其特點(diǎn)是上升時(shí)間短、高重復率。
處理方法：設計合理的布線(xiàn)方式，在線(xiàn)路上設計良好的屏蔽措施，加裝濾波及削峰器件等。對于電力系統的一級、二級耦合可采用具有抑制能力的互感
器，對于設備的供電電源可采用UPS電源供電，也可采用由電源驅動(dòng)的發(fā)電機與帶干擾信號的電源進(jìn)行隔離等方法。
(3)我們知道，兩個(gè)物體表面接觸并做相對運動(dòng)后分開(kāi)，就會(huì )在兩個(gè)物體表面帶上一定數量的電荷。非導體物質(zhì)一旦有電荷積累就不易放掉。生活中的塑
料袋、包裝材料、化纖織物等都會(huì )由于摩擦而帶上靜電，其電荷的大小與空氣相對濕度、摩擦材料的介電常數、兩種材料的相對運動(dòng)速度及兩者的壓力等有
關(guān)。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發(fā)生的靜電是人體帶電的主要原因之一。帶了靜電的人體在靠近和接觸設備的過(guò)程中，就會(huì )產(chǎn)生放電現象。靜電放電
可以導致在用的電子設備不能正常工作甚至損壞，這對生產(chǎn)廠(chǎng)或對用戶(hù)都是—個(gè)十分重要的問(wèn)題。

另外，有不少標準設備如：標準電能表、標準便攜式電能表檢定裝置，由于感應原理使設備外殼感應帶電，特別是在陰雨天氣的時(shí)候表現的較為突出，這不
僅影響儀器的正常使用，更重要的是給工作人員的人身安全帶來(lái)了威脅。
處理方法：一般常采用的方法是金屬屏蔽法，通常是儀器的外殼，將內部電路包圍。由于金屬是等位體，理想情況下在靜電場(chǎng)中，被屏蔽包圍的內部空間
沒(méi)有靜電場(chǎng)．使內部電路不受外靜電場(chǎng)的干擾。這個(gè)屏蔽體除了金屬之外，也可是金屬網(wǎng)或是涂在絕緣材料上的一層薄薄的導電層。但在實(shí)際的電子設備中，
內部電路都有引線(xiàn)通向儀器外部，如電源線(xiàn)、信號輸入輸出線(xiàn)等，由于內部存在著(zhù)分布電容和漏電電阻，靜電的放電回路會(huì )通過(guò)分布電容、漏電電阻進(jìn)入電路
至電源線(xiàn)及信號線(xiàn)形成一條通路，同樣會(huì )對內部電路造成危害。如果我們在儀器外殼再加一接地線(xiàn)，情況就會(huì )好得多，靜電感應而積累在機殼上的大量電荷
會(huì )通過(guò)大地泄放。同時(shí)，接地還會(huì )使整個(gè)電路系統中的所有單元電路都有—個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統能穩定地工作，防止外界電磁場(chǎng)的干擾。另外，
對于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。
對那些外殼不直接接地或者接地不良的裝置，可采用放電經(jīng)主電源線(xiàn)接地系統傳人大地。這樣就不會(huì )對電路造成危害。另外，當工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機殼相通時(shí)，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。
(4)電子式電能表特別是標準電能表，在出廠(chǎng)前都要進(jìn)行老化試驗，盡管這樣時(shí)間已久，由于元器件的熱穩定性變差，其誤差值變化增大，導致標準偏差估計值不合格，工作性能不穩定，其主要原因就是儀表內的發(fā)熱元件(如變壓器、大功率管等等)所產(chǎn)生的熱量，對其它元器件產(chǎn)生了影響，使其阻值及參數發(fā)生了變化，從而導致了數據的變化。
處理方法：可將發(fā)熱源用隔熱層進(jìn)行隔離處理，對大功率管可通過(guò)風(fēng)扇降溫，同時(shí)，最重要的是要將散熱孔設置在發(fā)熱源的上方或兩側，通風(fēng)孔的形狀與布置要盡量減小對屏蔽體磁阻的影響，這樣以便直接通過(guò)散熱孔將熱量排放出去。
(5)導線(xiàn)設置不合理，其不合理性主要表現為：
裝置內部導線(xiàn)走線(xiàn)位置靠近干擾源、走線(xiàn)過(guò)長(cháng)、與不能引進(jìn)干擾的其它導線(xiàn)平行走線(xiàn)或捆綁在一起相互耦合，從而引進(jìn)了干擾信號。在準確度等級較高的檢
定裝置中信號源部分是由數字信號組成的，如果處理不好，極有可能通過(guò)各種途徑，對其它部分產(chǎn)生干擾。
另一方面，如果導線(xiàn)高端和低端分開(kāi)走線(xiàn)，形成環(huán)路。極易引進(jìn)電磁輻射干擾，使導線(xiàn)出現干擾電壓，從而無(wú)法準確測出實(shí)際的導線(xiàn)電位差。
處理方法：在上述幾種情況下，應盡量注意導線(xiàn)的合理設置，必要時(shí)應采用屏蔽導線(xiàn)。對于被測輸出導線(xiàn)高端和低端應采用絞線(xiàn)并加入屏蔽的方式，減少
干擾信號的影響。
總之，屏蔽是防止電磁干擾的一個(gè)主要措施，但屏蔽又分為：靜電屏蔽、電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁屏蔽。抑制干擾輻射的有效方法是屏蔽，即用導電良好

的材料對電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。用磁導率高的材料對磁場(chǎng)屏蔽。濾波也是抑制和防止電磁干擾的一個(gè)有效方法。
濾波器可以顯著(zhù)地減小傳導于擾的電平，因為干擾頻譜成份不等于有用信號的頻率，濾波器對于這些與有用信號頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到
其它干擾抑制難以起到的作用。
我們還可以結合屏蔽采用平衡電路，將雙線(xiàn)電路中的兩根導線(xiàn)與連接到這兩根導線(xiàn)的所有電路，對地或對其它導線(xiàn)都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根
導線(xiàn)所檢測到的干擾信號相等。這耐的干擾噪聲是一個(gè)共態(tài)信號，可在負載上自行消失。
4結束語(yǔ)
在實(shí)際工作中，要解決電磁兼容問(wèn)題，必須從分析、排查電磁干擾人手。只有不斷地研究和掌握自然與非自然的電磁干擾基本原理，運用先進(jìn)的監測設
備和科學(xué)的測量方法。才能有效地做好電磁兼容工作。