電磁兼容實例分析及抑制策略

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(wěn)定性【1】。同時，也不會受在同一電磁環(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，電磁兼容技術受到了格外的重視。
1實現電磁兼容的前提條件
如果一個系統或設備符合下面三個條件，該系統或設備稱之為電磁兼容：(1)對其他系統或設備不產生干擾；(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生干擾[21。
要想實現以上三個基本條件，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)、同時還必須有被干擾對象(即敏感設

備)的響應。這三個電磁干擾條件也可稱之為電磁干擾三要素圈，缺一不可。
在解決電磁干擾問題時，最重要的是判斷干擾的來源。根據信號的頻率確定干擾源是最簡單的方法，因為在信號的所有特征中，頻率特征值最穩(wěn)定，并且
電路設計人員往往對電路中各個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[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電源線路、接地線或信號線的傳播來達到干擾對方設備或儀器。
如：雷電沖擊源通過電源線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(wěn)定性而造成的干擾；信號通過地線、電源
和傳輸導線的阻抗互相耦合或導線之間的互感成的干擾。而輻射傳輸方式是指通過電磁源空間傳播到達敏感設備的干擾。如輸電線路電暈產生的無線電干
擾；電磁波對電子線路或系統產生的干擾；外部高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、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，對消除或抑制干擾有著重要的意義。
3典型電磁兼容實例分析及處理方法

(1)當儀器需要在某個頻率上輸出時(如輸出頻率為50Hz)，儀器內部的信號產生部分，利用精密振蕩器式數字合成法，產生了一個極其穩(wěn)定準確的 50Hz交
流信號，這個信號根據要求經過信號通道進行處理，最后通過功率放大器放大輸出。此時，給穩(wěn)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(wěn)定性不好，經常出現漂移，當它轉換成直流給穩(wěn)壓電源供電時，通過各種途經串人穩(wěn)壓電源的信號通路，與儀器產生的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(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)電機供電，使供電頻率與穩(wěn)壓電源輸出頻率不同，以避開差拍影響。還可靠提高工藝水平來避免差拍的。由于電網干擾儀器的途經和因素太多，如布線、屏蔽、信噪比、負反、接地等眾多的因素都必須考慮到，所以此種方法實施起來很麻煩，不易做到。其次，采用使儀器
的輸出頻率跟蹤在電網頻率上的方法，當電網頻率有變化時，輸出頻率也隨之改變，保持輸出頻率始終與電網頻率同頻，這樣就不會產生拍頻。
另外，當儀器的輸出有拍頻干擾時，還可利用電路在放大器的輸人端送人—個與干擾信號相位相反，幅值相同的同頻信號，利用這個信號去抵消由干擾信
號引起的差拍。使儀器輸出信號無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行采樣，將采集到的信號進人精密檢波器將差拍信號檢出，然后把檢出的差頻信號進行峰值檢波，得到一
直流電平并輸人到一個控制放大器?？刂品糯笃鞯妮斎诵盘柺菑碾娋W信號采樣后供給的，這個電網信號即儀器的干擾信號。通過人為加人的電網信號，可以抵
消原來的拍頻干擾，使得儀器輸出一個理想的信號。
但加人的信號與原來的干擾信號因相位的緣故，產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，經輸出采樣后，使得放大器的增益更大，進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越大。這種結果相當于—個正反饋系統。所以又
設計一個同相、反相檢測執(zhí)行單元。在正反饋情況下，拍頻輸出的幅度越來越大，達到一定的幅度后，檢測電路檢出，執(zhí)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)。這里可采用自動移相的方法，當移相到某個

相位輸出拍頻最小時，鎖定該相位，也可以采用手動移相的方法，設置一個手動移相器并進行調諧，使得輸出拍頻最小。這種方法簡便實用，也可以達到良好
的效果。
(2)電網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、磁的聯系，每當開關操作時，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電纜耦合到二次設備上，同時，振蕩頻率足夠高時還會發(fā)射電磁波，形成輻射脈沖電磁場，然后通過變壓
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是上升時間短、高重復率。
處理方法：設計合理的布線方式，在線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的發(fā)電機與帶干擾信號的電源進行隔離等方法。
(3)我們知道，兩個物體表面接觸并做相對運動后分開，就會在兩個物體表面帶上一定數量的電荷。非導體物質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速度及兩者的壓力等有
關。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程中，就會產生放電現象。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，這對生產廠或對用戶都是—個十分重要的問題。

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中，被屏蔽包圍的內部空間
沒有靜電場．使內部電路不受外靜電場的干擾。這個屏蔽體除了金屬之外，也可是金屬網或是涂在絕緣材料上的一層薄薄的導電層。但在實際的電子設備中，
內部電路都有引線通向儀器外部，如電源線、信號輸入輸出線等，由于內部存在著分布電容和漏電電阻，靜電的放電回路會通過分布電容、漏電電阻進入電路
至電源線及信號線形成一條通路，同樣會對內部電路造成危害。如果我們在儀器外殼再加一接地線，情況就會好得多，靜電感應而積累在機殼上的大量電荷
會通過大地泄放。同時，接地還會使整個電路系統中的所有單元電路都有—個公共的參考零電位，保證電路系統能穩(wěn)定地工作，防止外界電磁場的干擾。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，可采用放電經主電源線接地系統傳人大地。這樣就不會對電路造成危害。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，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，在出廠前都要進行老化試驗，盡管這樣時間已久，由于元器件的熱穩(wěn)定性變差，其誤差值變化增大，導致標準偏差估計值不合格，工作性能不穩(wěn)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)所產生的熱量，對其它元器件產生了影響，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)熱源用隔熱層進行隔離處理，對大功率管可通過風扇降溫，同時，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，這樣以便直接通過散熱孔將熱量排放出去。
(5)導線設置不合理，其不合理性主要表現為：
裝置內部導線走線位置靠近干擾源、走線過長、與不能引進干擾的其它導線平行走線或捆綁在一起相互耦合，從而引進了干擾信號。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，極有可能通過各種途徑，對其它部分產生干擾。
另一方面，如果導線高端和低端分開走線，形成環(huán)路。極易引進電磁輻射干擾，使導線出現干擾電壓，從而無法準確測出實際的導線電位差。
處理方法：在上述幾種情況下，應盡量注意導線的合理設置，必要時應采用屏蔽導線。對于被測輸出導線高端和低端應采用絞線并加入屏蔽的方式，減少
干擾信號的影響。
總之，屏蔽是防止電磁干擾的一個主要措施，但屏蔽又分為：靜電屏蔽、電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽。抑制干擾輻射的有效方法是屏蔽，即用導電良好

的材料對電場進行屏蔽。用磁導率高的材料對磁場屏蔽。濾波也是抑制和防止電磁干擾的一個有效方法。
濾波器可以顯著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，將雙線電路中的兩根導線與連接到這兩根導線的所有電路，對地或對其它導線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根
導線所檢測到的干擾信號相等。這耐的干擾噪聲是一個共態(tài)信號，可在負載上自行消失。
4結束語
在實際工作中，要解決電磁兼容問題，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，運用先進的監(jiān)測設
備和科學的測量方法。才能有效地做好電磁兼容工作。