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學(xué)科。所謂的電磁兼容是指某些設(shè)備或某些系統(tǒng)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(wěn)定性【1】。同時(shí)，也不會(huì)受在同一電磁環(huán)境中的其它設(shè)備對(duì)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(xiàn)電磁兼容的前提條件
如果一個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備符合下面三個(gè)條件，該系統(tǒng)或設(shè)備稱之為電磁兼容：(1)對(duì)其他系統(tǒng)或設(shè)備不產(chǎn)生干擾；(2)對(duì)其他系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)射不敏感；(3)對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備本身不產(chǎn)生干擾[21。
要想實(shí)現(xiàn)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(yīng)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(dǎo)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(duì)象(即敏感設(shè)

備)的響應(yīng)。這三個(gè)電磁干擾條件也可稱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(jù)信號(hào)的頻率確定干擾源是最簡(jiǎn)單的方法，因?yàn)樵谛盘?hào)的所有特征中，頻率特征值最穩(wěn)定，并且
電路設(shè)計(jì)人員往往對(duì)電路中各個(gè)部位的信號(hào)頻率都十分清楚。因此，只要知道了干擾信號(hào)的頻率，就能夠推測(cè)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(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式兩大類[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(dǎo)傳輸方式；另一種是輻射傳輸方式。所謂的傳導(dǎo)傳輸方式是指電磁干擾通過(guò)電源線路、接地線或信號(hào)線的傳播來(lái)達(dá)到干擾對(duì)方設(shè)備或儀器。
如：雷電沖擊源通過(guò)電源線傳人到達(dá)對(duì)象的干擾；設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱，直接影響元件本身或其它元件的穩(wěn)定性而造成的干擾；信號(hào)通過(guò)地線、電源
和傳輸導(dǎo)線的阻抗互相耦合或?qū)Ь€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(dá)敏感設(shè)備的干擾。如輸電線路電暈產(chǎn)生的無(wú)線電干
擾；電磁波對(duì)電子線路或系統(tǒng)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路、設(shè)備或系統(tǒng)
等等。因此，對(duì)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(duì)消除或抑制干擾有著重要的意義。
3典型電磁兼容實(shí)例分析及處理方法

(1)當(dāng)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(nèi)部的信號(hào)產(chǎn)生部分，利用精密振蕩器式數(shù)字合成法，產(chǎn)生了一個(gè)極其穩(wěn)定準(zhǔn)確的 50Hz交
流信號(hào)，這個(gè)信號(hào)根據(jù)要求經(jīng)過(guò)信號(hào)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(wěn)壓電源供電的電源，即我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娫搭l率同樣也是
50Hz，但有士0．5Hz的允許偏差范圍，且穩(wěn)定性不好，經(jīng)常出現(xiàn)漂移，當(dāng)它轉(zhuǎn)換成直流給穩(wěn)壓電源供電時(shí)，通過(guò)各種途經(jīng)串人穩(wěn)壓電源的信號(hào)通路，與儀器產(chǎn)生的50Hz信號(hào)混合在一起，由于它們頻率相近，但又不完全相等，即出現(xiàn)拍頻現(xiàn)象，干擾穩(wěn)壓電源的正常工作。
處理方法：采用的專線供電法，采用專用發(fā)電機(jī)供電，使供電頻率與穩(wěn)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、屏蔽、信噪比、負(fù)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(dāng)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(dāng)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(hào)相位相反，幅值相同的同頻信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)去抵消由干擾信
號(hào)引起的差拍。使儀器輸出信號(hào)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(duì)帶有拍頻的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，將采集到的信號(hào)進(jìn)人精密檢波器將差拍信號(hào)檢出，然后把檢出的差頻信號(hào)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?hào)是從電網(wǎng)信號(hào)采樣后供給的，這個(gè)電網(wǎng)信號(hào)即儀器的干擾信號(hào)。通過(guò)人為加人的電網(wǎng)信號(hào)，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(hào)。
但加人的信號(hào)與原來(lái)的干擾信號(hào)因相位的緣故，產(chǎn)生的結(jié)果可能是相抵消，也可能是相迭加的形式。如果加人的信號(hào)與原干擾信號(hào)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(hào)的幅度，也使儀器輸出的拍頻幅度越來(lái)越大。這種結(jié)果相當(dāng)于—個(gè)正反饋系統(tǒng)。所以又
設(shè)計(jì)一個(gè)同相、反相檢測(cè)執(zhí)行單元。在正反饋情況下，拍頻輸出的幅度越來(lái)越大，達(dá)到一定的幅度后，檢測(cè)電路檢出，執(zhí)行電路對(duì)加人的信號(hào)倒相，達(dá)到抵消的
目的。對(duì)于其它相位狀態(tài)，可在上述工作后，利用在1800范圍內(nèi)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(dāng)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(shè)置一個(gè)手動(dòng)移相器并進(jìn)行調(diào)諧，使得輸出拍頻最小。這種方法簡(jiǎn)便實(shí)用，也可以達(dá)到良好
的效果。
(2)電網(wǎng)存在一次回路和二次回路，各種測(cè)控設(shè)備基本都掛在二次回路上運(yùn)行。由于一次回路和二次回路存在電、磁的聯(lián)系，每當(dāng)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。線路上的電壓振蕩通過(guò)電纜耦合到二次設(shè)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(hào)，這些干擾信號(hào)其特點(diǎn)是上升時(shí)間短、高重復(fù)率。
處理方法：設(shè)計(jì)合理的布線方式，在線路上設(shè)計(jì)良好的屏蔽措施，加裝濾波及削峰器件等。對(duì)于電力系統(tǒng)的一級(jí)、二級(jí)耦合可采用具有抑制能力的互感
器，對(duì)于設(shè)備的供電電源可采用UPS電源供電，也可采用由電源驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)與帶干擾信號(hào)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(duì)運(yùn)動(dòng)后分開(kāi)，就會(huì)在兩個(gè)物體表面帶上一定數(shù)量的電荷。非導(dǎo)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(duì)濕度、摩擦材料的介電常數(shù)、兩種材料的相對(duì)運(yùn)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(shè)備的過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。靜電放電
可以導(dǎo)致在用的電子設(shè)備不能正常工作甚至損壞，這對(duì)生產(chǎn)廠或?qū)τ脩舳际?mdash;個(gè)十分重要的問(wèn)題。

另外，有不少標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備如：標(biāo)準(zhǔn)電能表、標(biāo)準(zhǔn)便攜式電能表檢定裝置，由于感應(yīng)原理使設(shè)備外殼感應(yīng)帶電，特別是在陰雨天氣的時(shí)候表現(xiàn)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(nèi)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(nèi)部空間
沒(méi)有靜電場(chǎng)．使內(nèi)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(dǎo)電層。但在實(shí)際的電子設(shè)備中，
內(nèi)部電路都有引線通向儀器外部，如電源線、信號(hào)輸入輸出線等，由于內(nèi)部存在著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
至電源線及信號(hào)線形成一條通路，同樣會(huì)對(duì)內(nèi)部電路造成危害。如果我們?cè)趦x器外殼再加一接地線，情況就會(huì)好得多，靜電感應(yīng)而積累在機(jī)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(tǒng)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(tǒng)能穩(wěn)定地工作，防止外界電磁場(chǎng)的干擾。另外，
對(duì)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(duì)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)主電源線接地系統(tǒng)傳人大地。這樣就不會(huì)對(duì)電路造成危害。另外，當(dāng)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)電能表，在出廠前都要進(jìn)行老化試驗(yàn)，盡管這樣時(shí)間已久，由于元器件的熱穩(wěn)定性變差，其誤差值變化增大，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值不合格，工作性能不穩(wěn)定，其主要原因就是儀表內(nèi)的發(fā)熱元件(如變壓器、大功率管等等)所產(chǎn)生的熱量，對(duì)其它元器件產(chǎn)生了影響，使其阻值及參數(shù)發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)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(duì)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(shè)置在發(fā)熱源的上方或兩側(cè)，通風(fēng)孔的形狀與布置要盡量減小對(duì)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(dǎo)線設(shè)置不合理，其不合理性主要表現(xiàn)為：
裝置內(nèi)部導(dǎo)線走線位置靠近干擾源、走線過(guò)長(zhǎng)、與不能引進(jìn)干擾的其它導(dǎo)線平行走線或捆綁在一起相互耦合，從而引進(jìn)了干擾信號(hào)。在準(zhǔn)確度等級(jí)較高的檢
定裝置中信號(hào)源部分是由數(shù)字信號(hào)組成的，如果處理不好，極有可能通過(guò)各種途徑，對(duì)其它部分產(chǎn)生干擾。
另一方面，如果導(dǎo)線高端和低端分開(kāi)走線，形成環(huán)路。極易引進(jìn)電磁輻射干擾，使導(dǎo)線出現(xiàn)干擾電壓，從而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出實(shí)際的導(dǎo)線電位差。
處理方法：在上述幾種情況下，應(yīng)盡量注意導(dǎo)線的合理設(shè)置，必要時(shí)應(yīng)采用屏蔽導(dǎo)線。對(duì)于被測(cè)輸出導(dǎo)線高端和低端應(yīng)采用絞線并加入屏蔽的方式，減少
干擾信號(hào)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(dǎo)電良好

的材料對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)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。
濾波器可以顯著地減小傳導(dǎo)于擾的電平，因?yàn)楦蓴_頻譜成份不等于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)于這些與有用信號(hào)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(jié)合屏蔽采用平衡電路，將雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路，對(duì)地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根
導(dǎo)線所檢測(cè)到的干擾信號(hào)相等。這耐的干擾噪聲是一個(gè)共態(tài)信號(hào)，可在負(fù)載上自行消失。
4結(jié)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(yùn)用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)
備和科學(xué)的測(cè)量方法。才能有效地做好電磁兼容工作。