電力電子設備電磁干擾問題分析及防范措施

翟高飛 張潤生 劉軼男 張劭瑋 趙博

【摘 ?要】由于電力電子設備在運行過程中，會受到來自電磁的干擾，從而影響其正常使用。因此，本文主要針對電力電子設備的電磁干擾問題進行了深入分析，并提出了相關的防范措施。

【關鍵詞】電力電子設備;電磁干擾;問題;防范

隨著信息技術的不斷進步，電力電子設備在人民生活領域中的應用范圍愈發(fā)廣泛。不過，在使用這些設備的過程中，卻始終難以規(guī)避一些干擾源，從而不利于設備的正常運轉。為了使這些設備可以在電磁干擾的狀態(tài)下得以運行，工作人員開始找尋防范措施。

一、電力電子設備的分類

電力電子設備也被稱做為變換器，顧名思義，該設備主要是以電力電子元件為核心，采用不同的電路控制方式對電能進行轉換，并予以操控。電路控制的方式主要分為以下4點：

1.AC/DC整流器，其作為一個較為傳統(tǒng)的整流器，可以直接將交流電轉換成直流電，并在運轉時，將大量的諧波電流引入至電網(wǎng)內(nèi)。不過，此舉同時也會對網(wǎng)測功率的因數(shù)造成負面影響。

2.DC/DC斬波器，其可以在直流電中實現(xiàn)由不可控到可控的轉變，因此，它主要應用于直流調(diào)速與通信電源。

3.DC/AC逆變器，其可以使直流電變?yōu)轭l率和幅值各不相同的交流電，它主要應用于交流電機調(diào)速等情況。

4.AC/AC逆變器，其可以使任意頻率與電壓的交流電變換成頻率與電壓相異的交流電，它主要應用于連接不同電力系統(tǒng)等情況。

二、電力電子設備的干擾問題來源

對于電力電子設備的正常運轉造成干擾的主要方式在于電磁干擾，主要有以下三種。

（一）自然與人為干擾

自然干擾與人為干擾的來源不一致，自然干擾是指來自于地球外部空間的宇宙噪聲以及大氣層中存在的天電噪音，同時，這兩個干擾因素也是構成地球磁環(huán)境的基本要素，并且還會對無線電以及空間設備產(chǎn)生電磁干擾。人為干擾則是指來源于有機電或其他與之相關的人工設備所產(chǎn)生的電磁干擾，在這些人工設備中，還涵蓋了一些專門用于發(fā)射電磁波的裝置，譬如電視、雷達等設備。除此以外，亦存在一些會在設備運行過程中附帶產(chǎn)生電磁影響的設備，例如車輛以及照明工具等。

（二）功能與非功能性干擾。

功能性干擾與非功能性干擾的區(qū)別在于，設備在實現(xiàn)自身功能時，是否會對其他的設備產(chǎn)生干擾作用。如若未產(chǎn)生，則為非功能性干擾，反之，則為功能性干擾。但是，非功能性干擾也會帶來一定的副作用。

（三）內(nèi)部干擾與外部干擾。

內(nèi)部干擾，是指設備內(nèi)部的各元件在相互作用下所產(chǎn)生的干擾。首先，當工作電源流經(jīng)內(nèi)部線路時，分布電容與絕緣電阻等會產(chǎn)生少量的漏電情況，從而引起干擾，而干擾的程度又與設備工作的頻率有著密不可分的聯(lián)系。其次，地下電源以及傳導線的阻抗容易同信號產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，甚至在導線之中也會出現(xiàn)干擾。然后，當設備處于運行狀態(tài)時，內(nèi)部的一些元件會由于功率過大而產(chǎn)生熱量，進而對自身或其他元件造成干擾。最后，設備內(nèi)的某些元件，由于功率問題會產(chǎn)生較高的電壓，繼而會出現(xiàn)相應的磁場，其所產(chǎn)生的耦合現(xiàn)象也會影響到其他元件的運行。

外部干擾主要是指線路、設備受到了來自電子設備之外的各種外界因素影響，而后產(chǎn)生的干擾。主要涵蓋了：1.外部高壓或是電流流經(jīng)絕緣時會產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，從而對設備以及線路造成干擾。2.由于一些設備在運轉時會產(chǎn)生較大的功率，所以，在一定空間內(nèi)會出現(xiàn)較強的磁場，在互感耦合的影響下會對線路以及設備形成干擾。3.線路以及設備會受到來自空間電磁波的影響。4.由于設備所處的環(huán)境較為不穩(wěn)定，所以，線路以及設備內(nèi)部的各類元件經(jīng)常會受到環(huán)境影響，而導致參數(shù)產(chǎn)生變化，最終影響到設備的平穩(wěn)運行。

三、電磁干擾的防范措施

由于在許多電力電子設備之中都會產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象，為了避免這種情況的發(fā)生，必須做出相應的防范措施。

（一）地線的連接設計

由于數(shù)字與模擬電路都擁有各自的地線通路與電源，所以，如果想降低地線回路與電源之中的干擾電壓，可以加寬二者的地線與電源，亦或是把接地層與電源進行獨立劃分，以期達到減輕線路回路與電源阻抗的目的。處于完美設想下的地線，應當是一個零電位與零阻抗并存的實體，其不僅可以被電路信號視為參考點，而且當電流流經(jīng)其中時，也不會產(chǎn)生電壓降的情況。然而，放諸現(xiàn)實，是不會存在這種地線的。因此，在進行地線連接設計時，可以預先對干擾因素進行防范。主要有以下3點：1.我們需要盡可能的減輕電源饋線阻抗與低阻抗。2.對阻隔地線環(huán)路與地線的接地方式進行合理選擇，正確采用單點或多點接地等方式。3.若對于敏感線所造成的干擾源主要來自于系統(tǒng)外部，則可以使用懸浮接地。不過，這種方式也會導致靜電積累的后果，一旦達到一定量的累積額度，則會產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象。所以，在通常情況下，電子設備不適宜采用懸浮接地的方式。

（二）濾波

在電子設備或線路內(nèi)加設濾波器，從而可以明顯抑制由傳導干擾而引起的電平。同時，因為組成干擾頻譜的因素與有效信號的頻率不相同，所以，濾波器可以分別對這些頻率起到抑制作用，避免其造成干擾現(xiàn)象。以此為背景也可以看出，對于電力電子設備而言，無論是對干擾源進行抑制或是減輕耦合影響，甚至是出于提升設備自身抗干擾性的考慮，濾波都是首選方案。借助阻容和感容與網(wǎng)絡產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，可以實現(xiàn)將電路與電源相隔離的目的，其后，一旦電路中的耦合消失，那么干擾信號將難以進入電路。為了消除高頻電路中的耦合現(xiàn)象，也可采用由兩個電容器及一個高頻扼流圈組合而成的CLCMπ型濾波器。

（三）控制線路之間的電磁耦合現(xiàn)象

為了減少電力電子設備受到的電磁干擾以及敏感電路在設備內(nèi)部的環(huán)路面積，優(yōu)選的方法應是雙絞線和屏蔽法。這種方法使接地線同信號線相扭結在一起，拉近了二者之間的距離;同時，盡量增加線路之間的距離，繼而降低受感應線路與干擾線路之間的互感;若采用直線布線的方式對受感應線路與干擾線路進行設計，則可以極大減輕二者之間的電磁耦合。

綜上所述，如何確保電力電子設備不受到電磁干擾的影響是一個復雜的問題，而對其進行有效防范以后，則可以較好的提高設備性能，確保其平穩(wěn)運行。

參考文獻：

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[2]張志鵬.電磁干擾預測試的關鍵技術研究[D].北京郵電大學，2012

（作者單位：哈爾濱理工大學榮成校區(qū)）