电磁干扰的抑制和处理方法

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：一般来说，电气设备在电磁环境中会受到电磁干扰。所谓电磁干扰是指电磁引起的设备、传输通道或系统性能的下降，或者引起对生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁干扰来自于电磁噪声。各种干扰源与敏感设备间的耦合途径有传导、共阻抗、感应、辐射，以及它们间的组合等几种形式。抑制电磁干扰贯穿于电梯的设计、制造、安装、调试、使用及维护全过程。

（一）电磁兼容性和电磁干扰

电磁兼容性是指在电磁环境中，电气设备或系统正常地发挥功能，并对其他设备或系统不产生不允许的干扰。一般来说，电气设备在电磁环境中会受到电磁干扰。所谓电磁干扰是指电磁引起的设备、传输通道或系统性能的下降，或者引起对生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁干扰来自于电磁噪声。对电子设备来说，噪声源来自电压或电流剧烈变化的部位，主要分为放电、浪涌和振荡3大类。放电噪声源主要有雷电、静电等。

浪涌噪声源主要有电动机的起动电流、数字电路的开关元件等。振荡噪声源包括变频器等。对系统造成干扰的途径主要有：供电电源线、信号输入线、信号输出线、设备的外壳。干扰的耦合机理主要是公共阻抗、电感耦合、电容耦合等。对电梯影响较大的干扰主要是电源线路感应脉冲干扰、静电放电干扰、浪涌干扰、无用信号或传播媒介自身的变化。

各种干扰源与敏感设备间的耦合途径有传导、共阻抗、感应、辐射，以及它们间的组合等几种形式。我们的目的是，对系统内传输电磁干扰的通路或媒介，即耦合途径进行分析，以便切断形成电磁干扰的基本要素，来达到防控电磁干扰的目的。

（二）电磁干扰耦合途径

1.传导耦合

传导耦合是干扰源与敏感设备之间的主要干扰耦合。传导干扰可以通过电源线、信号线、互连线、接地导体等进行耦合。在音频和低频时，因为电源线、接地导体、电缆的屏蔽层呈现低阻抗，所以电流注入这些导体时易于传播。当噪声传到其他敏感电路时可能产生干扰作用。在高频时，不能忽视导体电感与电容，因为电抗值随着频率而变化，感抗随频率增加而增加，容抗随频率增加而减少。在无线电频率范围内，长电缆上的干扰传播应按传输线特性来决定，而不能按集成电路元件来考虑。

解决传导耦合的办法是：

（1）防止导线感应噪声。即采用适当的屏蔽将导线分离，或者在干扰进入敏感电路之前，用滤波方法从导线上除去噪声，如：在实际的变频器控制回路中，控制回路与主回路相比，属于小能量的弱信号回路，容易被干扰。

（2）为了减少传导耦合，将变频器的电源可由其他系统供电，在控制电源的输入侧，装设线路滤波器和绝缘变压器，且屏蔽接地。

2.共阻抗耦合

共阻抗耦合是指当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时，就出现了共阻抗耦合。在电源线和接地导体上传播的干扰电流，都是通过共阻抗耦合进入敏感电路的。

在变频器的控制回路中，为了减少共阻抗的接地干扰，可尽可能地减少共阻抗的阻值来实现，其阻值最好在100Ω以下。

3.感应耦合

感应耦合是导体之间以及某些部件（变压器、继电器等）之间的干扰耦合，分为电感应耦合和磁感应耦合两种。

电感应耦合是在源电路上的电压产生的电力线，与敏感电路相互作用后出现的。感应电压（电流）是源电压（电流）、频率、导体几何形状和电路阻抗的函数。当变化电流产生磁通时，使源电路与另一电路（敏感电路）产生链环，就出现了磁感应耦合。

在变频器的控制回路中，为了减少控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，而在电缆中产生电势，可通过如下方法：

（1）通过加大与干扰源电缆的距离。当距离达到导体直径40倍以上时，干扰程度就不明显了。

（2）在电梯机房中，为了减少周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势，将动力电源线、电动机线、制动器线分开铺设，且铺设路线要短，抗干扰效果会较好。

4.辐射耦合

辐射耦合的途径主要有：天线—天线；天线—电缆；天线—机壳；电缆—电缆；电缆—机壳；机壳—机壳。

为了避免控制电缆成为天线，外来电磁波在电缆中产生电动势，在一些系统（如变频器、电梯控制柜、配电柜等）中，通常采用金属外壳封装来屏蔽电磁波干扰。

为了避免电源中的无用信号耦合到各功能单元中，和一个单元中的无用信号耦合到另一单元中，可采取如下措施：

（1）使用公共电源的所有电路尽可能彼此靠近。

（2）使用公共电源的所有电路必须相互兼容。

（3）应在交直流干线上使用电源滤波器，以防外部干扰通过电源进入设备，防止开关瞬变和设备内部产生的其他信号进入电源。

（4）有效隔离电源的输入和输出线，及滤波器的输入和输出线。

（5）对电源进行有效的电磁屏蔽，特别是开关电源。

（6）整流二极管应工作在较低的电流。

（7）对所有电路功能状态，电源都应保持低阻抗。

（8）合理屏蔽和把高压电源同敏感电路隔离开。

在设备内部正确布线是一种电磁兼容性设计。它操作简单，能大大降低干扰，可收到满意效果。布线时：

（1）应尽量做到机箱中各种裸露走线要尽可能短。

（2）传输不同电平信号的导线分组捆扎，数字信号和模拟信号线也应分组捆扎，并保持适当的距离，以减少导线间的相互影响。

（3）对于产品经常用来传递信号的扁平带状线应采用地—信号—地—信号—地的排列方式，这样不仅可以有效地抑制干扰，还可明显提高抗干扰度。

（4）将低频进线和回路绞合在一起，形成双绞线，这样两线之间存在的干扰电流几乎大小相等，而且方向相反，其干扰磁场在空间上可以相互抵消，因而可以减小干扰。

（5）对能确定的辐射干扰较大的导线加以屏蔽。

（三）电气系统抗干扰

今天，电梯微机电子系统的抗干扰，比过去电梯继电器系统的抗干扰要求要高。而且其抗干扰能力直接影响电梯系统的稳定性。电梯微机电子系统的抗干扰包括：控制柜里微机电子板的抗干扰，变频器主板的抗干扰，检测电梯位置和速度的旋转编码器及其敷线的抗干扰，位于轿厢顶和各楼层的通信电子板的抗干扰，微机电子板和通信电子板间的通信线的抗干扰，以及微机电子板和通信电子板的电源线的抗干扰。有如下抗干扰措施：

1.提高器件的抗干扰能力。如微机电子板、通信板、旋转、编码器等。

2.提高通信线和电源线的抗干扰能力。抑制电磁干扰贯穿于电梯的设计、制造、安装、调试、使用及维护全过程。

3.采用隔离措施。使变频器传送到被干扰对象的干扰信号减弱。

4.对低频干扰主要通过串接滤波器之类的元件来阻止其沿电缆传输，防止电动机过热和噪声。

5.对高频干扰主要采用屏蔽、良好接地和搭接等手段，防止电磁波向外辐射。

6.防止干扰敷线方面应注意的问题：

（1）控制柜内部的电源和通信线的走线距离要尽可能的短，且不能和高压高频回路动力线一起敷设。柜内的通信线使用双绞线或屏蔽线，进入微机板的进线处可适当加设磁力线套以吸收高频杂波。

（2）旋转编码器信号线的敷线虽然都有屏蔽网，但由于其信号线的敷设离电动机动力线很近，变频器发出的高次谐波通过电动机动力线对旋转编码器的信号线产生的干扰是非常厉害的，而且实践证明，旋转编码器的信号线只有屏蔽网是不够的。其信号线还应敷设在金属软管或金属线管中，且这些金属管应接地良好，只有这样抗干扰才是有效的。

（3）随行电缆电源线和通信线的排布应遵循以下原则：①只有一条随行电缆时，轿厢侧（轿顶或轿内）通信板的电源线及通信线必须放置在远离高压高频线路处；②有多条随行电缆时，轿厢侧通信板的电源线及通信线和高压高频线路应分开敷设。

（4）井道通信线的敷设。如果井道电气接线采用电缆布线，则其布线方法应和随行电缆一样。如果采用普通电线布线在井道线槽中，则应注意井道电气设备，如厅外通信板和控制柜的微机板之间的通信线应和高压高频线路应分开敷设。如条件有限，要一同敷设时，通信线最好采用双绞线或屏蔽线敷设。因接地不正确而带来的干扰问题时有发生，有时变频器会不显示任何故障，突然自动停止运行，重新启动后继续运行。对此，首先要在概念上必须分清“安全接地”和“电磁干扰接地”是不同的，特别是在高频区域，由于集肤效应，在接头处将呈高阻状态，造成接地不良，使系统对外的辐射干扰增强，对外界的影响也变得敏感。因此电磁干扰接地时，需要很低的高频阻抗。在具体操作时，不同接地点之间，使用尽可能短的扁平导线把它们连接在一起（扁平导线的高频低阻特性较好），并经常检查所有接地点，防止脱落或松动。

电磁干扰的抑制和处理方法

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