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電磁兼容性(EMC)是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。
因此,EMC包括兩個方面的要求,一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產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。
在電工委員會標準IEC中,對電磁兼容EMC(ElectromagneticCompatibility)的定義為系統或設備在所處的電磁環境中能正常工作,同時不會對其他系統和設備造成干擾。
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,是機器本身在執行應有功能的過程中所產生不利于其它系統的電磁噪聲;而EMS則是指機器在執行應有功能的過程中不受周圍電磁環境影響的能力。
各種電氣或電子設備在電磁環境復雜的共同空間中,以規定的安全系數滿足設計要求的正常工作能力。也稱電磁兼容性。
它的含義包括:
電子系統或設備之間在電磁環境中的相互兼顧。
電子系統或設備在自然界電磁環境中能按照設計要求正常工作。
EMC在我們生活、工業設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如果附近有手機在接收短信時,聽筒會出現嗞啦嗞啦的噪音,這就是常見的EMC現象。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現象。
另外,在工業現場中,變頻器、整流器、電焊機等設備對PLC的干擾,步話機對其它設備的干擾等等。
1. 電磁兼容的三要素
系統要發生電磁兼容性問題,必須存在三個因素,即電磁干擾源、耦合途徑、敏感設備。所以,在遇到電磁兼容問題時,要從這三個因素入手,找到造成干擾的根本原因,在工程實踐中,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生的各種現象,如雷電等產生的噪聲。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、電熱器、步話機、軟起動器、變頻器、伺服、整流器、接觸器、中間繼電器、開關、熒光燈、發動機點火系統、電弧焊接機、可控硅、逆變器、電暈放電、各種工業、科學和醫用高頻設備、電氣鐵道引起的噪聲以及由核爆炸產生的核電磁脈沖等。
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:即傳導耦合方式和輻射耦合方式。耦合途徑的詳細劃分如圖1所示。
耦合途徑
圖 1電磁干擾的耦合途徑劃分
1)傳導耦合
傳導耦合是干擾源與敏感設備之間的主要耦合途徑之一。
傳導耦合必須在干擾源與敏感設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備,產生電磁干擾。
傳導耦合的連接電路包括互連導線、電源線、信號線、接地導體、設備的導電構件、公共阻抗、電路元器件等。
傳導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
實際工程中,這三種耦合方式同時存在、互相聯系。
其中:電路性耦合是常見、簡單的傳導耦合方式。簡單的電路性傳導耦合模型如圖2所示。
圖 2電路性傳導耦合的一般形式
當電路1有電壓U1作用時,該電壓經Z1加到公共阻抗Z12上。當電路2開路時,電路1耦合到電路2的電壓為
當兩個電路的電流流經一個公共阻抗時,一個電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會影響到另一個電路,這就是共阻抗耦合,通過公共地線阻抗的耦合如圖3所示,對于這種耦合應把接地線盡量縮短和加粗,降低公共地線阻抗。
多個接地點因為對地阻抗不同將產生干擾電壓,解決這個問題的辦法是采用一點接地,多個變頻器的一點接地示意圖如圖4所示。
圖 4多個變頻器的一點接地示意圖
阻抗干擾的解決方法:
讓兩個電流回路或系統彼此無關。信號相互獨立,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,當耦合阻抗趨于零時,稱為電路去耦。為使耦合阻抗小,必須使導線電阻和導線電感都盡可能小。
電路去耦:即各個不同的電流回路之間僅在一點作電的連接,在這一點就不可能流過電路性干擾電流,于是達到電流回路間電路去耦的目的。
隔離:電平相差懸殊的相關系統(比如信號傳輸設備和大功率電氣設備之間),常采用隔離技術。
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。一對平行導線所構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于在導體2與地之間連接了一個幅度為In=jωC12U1的電流源。
此公式是描述兩導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)的電壓依賴于相關參數。
假定干擾源的電壓U1和工作頻率f不能改變,這樣只留下兩個減小電容性耦合的參數C12和R。
減小耦合電容的方法:
干擾源系統的電氣參數應使電壓變化幅度和變化率盡可能地小;
被干擾系統應盡可能設計成低阻;
兩個系統的耦合部分的布置應使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統,則應使其間距盡量大,導線盡量短,并且要避免平行走線;
可對干擾源的干擾對象進行電氣屏蔽,屏蔽的目的在于切斷干擾源的導體表面和干擾對象的導體表面之間的電力線通路,使耦合電容變小。
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