電子設(shè)備中的電氣干擾及抗干擾措施研究

國(guó)營(yíng)長(zhǎng)虹機(jī)械廠 段向港

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)日益成熟，電子機(jī)械設(shè)備成為人們生活中不可缺少的一部分。隨之而來(lái)的就是電氣干擾問(wèn)題，電氣干擾會(huì)給電子設(shè)備帶來(lái)很多不好的影響，人們?cè)谑褂眠^(guò)程中，要時(shí)刻關(guān)注引起電氣干擾情況的原因。所以，關(guān)于電子設(shè)備的抗干擾能力的提升成為相關(guān)工作人員研究的主要方向。

1 電子設(shè)備中存在的電氣干擾

1.1 非線性諧波干擾

在經(jīng)常使用的電子設(shè)備中，唯一一個(gè)自帶工作電路的就是整流器。整流器會(huì)在電子設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，向外散射一種非線性諧波，這種非線性諧波具有較高的頻次并不斷向外界擴(kuò)散，對(duì)機(jī)械電子設(shè)備周邊的電路或電氣產(chǎn)生較大的電磁干擾影響。非線性諧波會(huì)在電網(wǎng)中影響負(fù)載組件，讓電源的功率指數(shù)發(fā)生變化，受影響的負(fù)載組件也會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生部分的物理性干擾，讓設(shè)備的零件出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損情況，使機(jī)械電子設(shè)備運(yùn)行中發(fā)出噪聲，降低設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。嚴(yán)重時(shí)會(huì)讓機(jī)械電子設(shè)備的機(jī)身出現(xiàn)大幅度振動(dòng)，出現(xiàn)機(jī)身溫度上升等情況，減少設(shè)備的使用壽命。

1.2 電磁干擾

電磁干擾是電氣干擾中常見(jiàn)的一種干擾情況，簡(jiǎn)稱(chēng)為EMI。是機(jī)械電子設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，受電、磁混合環(huán)境的影響，在電壓與電流的作用下出現(xiàn)系統(tǒng)性能降低的磁場(chǎng)現(xiàn)象，使電子設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)法正確傳達(dá)信號(hào)，電子設(shè)備的信號(hào)準(zhǔn)確性也無(wú)法保證。電磁干擾也會(huì)讓電子設(shè)備對(duì)人與生物產(chǎn)生影響。

1.3 電源干擾

電源干擾因其多樣的產(chǎn)生原因，使干擾形式也較為多樣化并應(yīng)擁有可變性，具體分為共模干擾和差模干擾。其中，共模干擾的頻率大都集中在1MHz以上，又被稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)干擾，主要來(lái)源于中線、大地與電源輸入線之間產(chǎn)生的電差，在三相電源中，共模干擾存在于地與任何一項(xiàng)之間。比如在雷雨天氣，共模干擾包括雷電與地面之間產(chǎn)生的電弧、電纜產(chǎn)生的電氣干擾、電氣設(shè)備產(chǎn)生的大功率輻射。差模干擾的頻率多集中在1kHz以下，低于共模干擾，存在于線與中線間、電源線之間，在三相電源中，相線與相線之間也存在著差模干擾，又被稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)干擾。在方式上，共模干擾與差模干擾均反映出干擾源與耦合通道的關(guān)系。通常電源輸入線中都會(huì)同時(shí)存在共模電壓與差模電壓，但因?yàn)榫€路阻抗不平衡，兩種干擾方式在傳輸過(guò)程中會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的形式十分復(fù)雜，對(duì)這兩種干擾模式很難進(jìn)行區(qū)分，所以不必過(guò)分劃分。在電源干擾中，兩種干擾方式會(huì)對(duì)直流電與交流電產(chǎn)生干擾，并且電子設(shè)備在遇到電源干擾時(shí)產(chǎn)生高次諧波，此時(shí)機(jī)械電子設(shè)備由于振顫會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行造成不同程度的影響。

1.4 電流泄漏

電流泄漏的方式主要是線與線之間和線與地之間產(chǎn)生。在對(duì)地漏電中，通常是在動(dòng)力線與大地之間發(fā)生。這種漏電形式的出現(xiàn)，代表著機(jī)械電子設(shè)備的外圍出現(xiàn)了非識(shí)別性動(dòng)作。線與線之間的漏主要是發(fā)生在動(dòng)力線之間，當(dāng)漏電現(xiàn)象出現(xiàn)，除了非識(shí)別性動(dòng)作出現(xiàn)在設(shè)備周?chē)?，設(shè)備自身也產(chǎn)生了電氣干擾，使設(shè)備不能正常運(yùn)行。除此之外，造成電子設(shè)備電干擾的其他因素還有很多，包括分布電容與載波頻率等因素，受此種因素影響，設(shè)備跳閘的概率極大，使工作間斷，帶來(lái)不必要的損失。

2 防止電器干擾的具體措施

2.1 屏蔽抗干擾

屏蔽抗干擾是抵抗電磁干擾中主要的方法，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行完全的密封，可以有效抵抗電磁對(duì)設(shè)備的干擾，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。在生活中，這種方式十分常見(jiàn)，所以針對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備，都發(fā)展出不同的密封方法。屏蔽方式的主要措施就是在設(shè)備的外部，增加一個(gè)用導(dǎo)電性好的材料做成的全封閉式的金屬外殼，這種外殼可以有效防止內(nèi)部電磁能量的外泄，并防止外來(lái)能量的入侵。屏蔽抗干擾包括磁屏蔽與電屏蔽，電屏蔽主要是在靜電平衡狀態(tài)下，屏蔽體要保持與地接觸。可以在電容耦合通道中裝置金屬屏蔽器，有效抵抗電氣干擾。磁屏蔽主要是屏蔽設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的磁場(chǎng)效應(yīng)，這種磁效應(yīng)會(huì)干擾設(shè)備的電路，所有磁屏蔽可以屏蔽磁場(chǎng)對(duì)機(jī)械電子設(shè)備的干擾。這種方法也存在一定弊端，當(dāng)屏蔽體出現(xiàn)導(dǎo)電連續(xù)破壞現(xiàn)象，就會(huì)降低屏蔽效果。比如電腦的顯示器，可將指形簧片、導(dǎo)電布等密封性較強(qiáng)的電磁作為增強(qiáng)設(shè)備屏蔽抗干擾能力的襯墊材料，以此保證設(shè)備正常運(yùn)行。在社會(huì)快速發(fā)展、進(jìn)步的背景下，屏蔽抗干擾也衍生出多種方式，如靜電、編制、包扎、金屬皮、雙層、金屬隔網(wǎng)等。靜電屏蔽主要是將屏蔽體單端接地，而雙層屏蔽多是在高電路靈敏度以及強(qiáng)干擾電場(chǎng)的情況下使用。不過(guò)這種方式在使用中需要注意到，外屏蔽層與內(nèi)屏蔽層之間只能有一個(gè)連接點(diǎn)，并且兩者之間的距離要盡可能拉大，否則會(huì)降低屏蔽效果。編制屏蔽主要適用于信號(hào)傳輸?shù)那闆r，也可以與包扎屏蔽、金屬皮屏蔽組合使用。這三種屏蔽方式可以單獨(dú)使用，要根據(jù)每種方式的特點(diǎn)，針對(duì)不同情況進(jìn)行使用。編制方式易彎曲，具有很強(qiáng)的柔軟性，使用壽命長(zhǎng)，主要是對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行屏蔽。金屬屏蔽隔離性較強(qiáng)但柔性小，作用距離較長(zhǎng)，與包扎屏蔽同適用于射頻類(lèi)信號(hào)的屏蔽。金屬網(wǎng)屏蔽主要適用于屏蔽高靈敏度接收設(shè)備的電磁波的干擾。在低頻磁場(chǎng)干擾的情況下，屏蔽技術(shù)有著顯著的作用。在制作復(fù)合屏蔽電纜中，可以將高導(dǎo)磁材料作為制作材料，在制作中可分為內(nèi)、中、外三層，最里層為銅制鐵磁，中層是磁導(dǎo)率高的鐵磁，最外層是低磁和高飽導(dǎo)率的鐵磁，這樣干擾信號(hào)的強(qiáng)度層層遞減，到達(dá)設(shè)備的干擾信號(hào)就會(huì)十分微弱。

2.2 濾波器抗干擾

濾波器是具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)備，主要由電阻、電容、電感等部件組成，可以對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)頻率進(jìn)行識(shí)別、整合、分類(lèi)，并過(guò)濾干擾信號(hào)。所以，在生活中，可以將濾波器作為平臺(tái)，直接消除信號(hào)中的特點(diǎn)波段的頻率，達(dá)到干擾傳輸受限的目的。濾波器也可以減少電子設(shè)備的干擾信號(hào)，削弱電氣對(duì)機(jī)械電子設(shè)備的影響。濾波器可以根據(jù)信號(hào)分為高通、低通、帶阻、帶通四種，不同的信號(hào)處理又分為模擬、數(shù)字兩種，在對(duì)信號(hào)頻率識(shí)別和歸類(lèi)后，只允許部分信號(hào)頻率通過(guò)，有效清除電氣干擾。由于濾波器的種類(lèi)不同，在選擇濾波器上，要根據(jù)其性質(zhì)和功能，選擇合適的型號(hào)。比如，消除低頻干擾就需要選擇高通濾波器，壓制高頻干擾需要選擇低通濾波器。較為常用的濾波器型號(hào)包括C型濾波器、π型濾波器、T型濾波器和L型濾波器。選擇濾波器時(shí)，可以先用干擾儀器獲取干擾源的頻率和干擾波數(shù)值，根據(jù)得出的數(shù)據(jù)再進(jìn)行選擇。需要注意的是，對(duì)直流電源的電子設(shè)備過(guò)濾高頻紋波，可以將并聯(lián)電容安裝在電源處。電磁干擾濾波器的主要工作方式有兩種：一是消除濾波器內(nèi)部非工作信號(hào)頻率，抵抗電氣對(duì)電子設(shè)備的干擾；二是阻止信號(hào)通過(guò)，將非工作信號(hào)反射回信號(hào)源，減少對(duì)設(shè)備的電氣干擾。

2.3 接地抗干擾

接地抗干擾對(duì)電子設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性具有顯著的作用。其他方式在消除電氣干擾的同時(shí)，會(huì)對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生危害，所以在不損害設(shè)備的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了接地抗干擾方式。理論上，將機(jī)殼底、器件和電源同地連接，所形成的公共地作為機(jī)電設(shè)備電壓測(cè)量的實(shí)際地點(diǎn)，但在連接的過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的連接方式，會(huì)使直流信號(hào)和交流信號(hào)相互干擾。對(duì)此可以在交流接地中使用電容耦合的方式，在濾波設(shè)備附近選擇接地位置。合理地進(jìn)行接地可以保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，也可以減弱偶發(fā)電壓對(duì)設(shè)備的沖擊傷害。一般電子設(shè)備的地線包含三條種類(lèi)，每種地線的用途都不一樣，一條與機(jī)殼進(jìn)行連接，并與交流電源的地線相互連接；一條連接數(shù)字接收設(shè)備與信號(hào)設(shè)備，也稱(chēng)為信號(hào)地線；還有一條主要連接繼電器與電動(dòng)機(jī)設(shè)備，又稱(chēng)為噪聲底線。當(dāng)電子設(shè)備需要交流電源為其供電時(shí)，要避免公共地線不均勻產(chǎn)生的干擾源，需要將電源地線與保護(hù)地線相連接，有效抑制干擾現(xiàn)象。

2.4 隔離抗干擾

隔離抗干擾可以將電子設(shè)備中通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)行傳輸?shù)碾姎飧蓴_進(jìn)行隔離，從而實(shí)現(xiàn)抵抗電氣干擾的目標(biāo)。電氣隔離原理是減少兩個(gè)不同電路之間的干擾，重點(diǎn)將電回路、電源支電路與電氣系統(tǒng)進(jìn)行相互隔離，從而保證電氣系統(tǒng)不受電氣干擾。隔離變壓器是隔離抗干擾方式中最常使用的設(shè)備，在選擇隔離變壓器的過(guò)程中，要明確設(shè)備電源與實(shí)際電壓等級(jí)，不能選用自耦變壓器，盡量使用變壓比為1的隔離變壓器，避免設(shè)備實(shí)際電壓等級(jí)與電源電壓相同的情況出現(xiàn)電氣干擾，針對(duì)安全性要求高的場(chǎng)所，需選用專(zhuān)業(yè)的隔離變壓器。不可選用自耦變壓器的原因在于，設(shè)備本身不具有絕緣功能，無(wú)法用來(lái)進(jìn)行電氣隔離。

結(jié)論：綜上所述，在機(jī)械電子設(shè)備中存在的常見(jiàn)電氣干擾問(wèn)題，是需要工程技術(shù)人員不斷解決的重要問(wèn)題，也是現(xiàn)在電子設(shè)備行業(yè)不斷發(fā)展的方向。電氣干擾會(huì)讓電子設(shè)備的使用壽命不斷減少，影響電子設(shè)備的使用效果。所以，要對(duì)電氣干擾的解決措施進(jìn)行研究發(fā)展，探討出科學(xué)合理的抗干擾措施。本文提出了四種常見(jiàn)的電氣干擾問(wèn)題，并提出了四種抗干擾措施，希望對(duì)電子設(shè)備的抗干擾工作提供有效的借鑒和幫助。