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某探测系统的电磁兼容性分析

作者:时间:2012-04-08来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/190539.htm

3.1.3.2 空间的电磁场辐射耦合

各种通信,广播和电视发射;高压电力线路,各种运行的工业电气设备和家用电器使空间杂散电磁场日益增多,其频谱范围和幅度日益增大。它们通过空间耦合到中,形成电磁干扰。

3.2 改进措施

3.2.1 对脉宽调制式开关逆变正弦交流电源的措施

1)加装功率因数校正环节,抑制由于工频电流波形的畸变而产生大量的谐波在电源线上传导发射。

2)加装开关电源滤波器,即在供电进线处装设抑制传导干扰的开关电源滤波器。图6为开关电源滤波器的线路图。

图6 开关电源滤波器线路图

由于电源线中往往同时存在共模与差模两种干扰,因此开关电源滤波器由共模滤波电路(L1L2Cy)和差模滤波电路(L3L4Cx)综合构成。其中L1L2为绕在同一磁环上的两个匝数相等,绕向相同的独立线圈,当工作频率分量经过时,由于磁通抵消,电感很小,易于通过。当共模干扰频率分量经过时,由于磁通相加,电感很大,不易通过而被抑制。

共模电感L1L2一般在几mH至几十mH,共模电容Cy要在漏电流小于几mA前提下取较大值。差模电感一般在几十μH至几百μH,差模电容Cx要选择耐压足够高的陶瓷或聚酯电容器。市场上卖的一般电源滤波器主要是对共模干扰设计的,如果要对差模干扰起作用,应该另外增加两个独立的差模抑制电感。共模电感的磁性材料以金属磁性材料(1J851/0.02mm)或非晶、超微晶磁性材料效果较好。差模电感的磁性材料以金属软磁粉末经绝缘包裹压制退火的磁性材料(国产ZW-1)效果较好,而不用开口铁氧体材料。

开关电源滤波器与信号滤波器的不同之处在于阻抗搭配。应用信号滤波器时,为使传输的信号损耗小,应尽量使电源阻抗,滤波器阻抗和负载阻抗匹配。相反,应用开关电源滤波器时,为抑制传输的干扰信号,应尽量使电源阻抗、滤波器阻抗和负载阻抗不匹配。

设计和选用开关电源滤波器一定要根据电路的实际情况而定。首先测量传导干扰的电平,再与电磁兼容的标准或实际应用需要的信号电平进行比较,选择对超标信号或超过实际应用需要的信号的幅值和频带有抑制作用的开关电源滤波器。

3.2.2 对直流斩波式方波交流电源的措施

1)加装功率因数校正环节,抑制由于工频电流波形的畸变而产生大量的谐波在电源线上传导发射。

2)从上述可知:该辅助部分的驱动电源采用的直流斩波式方波交流电源是导致产生严重的电磁干扰的根本原因。为此应当采用电流过零时变化率较小的电源,比如线性纯正弦波电源更为合适。这种电源是将纯正弦波信号经过多级放大后,供电给辅助部分驱动的。在探测元件无输入信号时,测量放大器的输出信号,如图7所示,此时在放大器输出端最大信号电压峰峰值为4.4mV。说明原来的干扰信号已被极大地消除。

图7 采用线性纯正弦波电源驱动时放大器的输出信号示波图

3.2.3 对辐射耦合产生干扰的措施

对上述两种电磁场辐射耦合,应加强该的电磁屏蔽,并注意屏蔽的完整性和良好的接地措施。

1)屏蔽的设计和选用 电磁屏蔽设计时,一般采用导电率高的材料作屏蔽体,并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰,又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大,而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。

2)注意屏蔽的完整性 如果屏蔽体不完整,将导致电磁场泄漏,特别是电磁场屏蔽,如果屏蔽体不完整,将使产生涡流的效果降低,则屏蔽的效果将大打折扣。为此,要注意下述几个问题。

(1)接缝处理 接缝处理不好将使屏蔽体的屏蔽效果降低。对固定的接缝最好采用连续焊接。焊接前,应将要焊接表面的非导电物质清除干净。要尽可能对全部外壳间断处进行搭接。对非固定的接缝应采用导电衬垫,并将其压紧,以提高接缝的电磁密封效果。常用的导电衬垫材料有金属编织物,含有金属丝的橡胶等。对活动的接缝,采用弹性指簧以提高接缝的电磁屏蔽效果。

(2)孔眼屏蔽 对通风和测量需要的孔眼,为提高设备的电磁屏蔽效果,应采用孔眼屏蔽。孔眼屏蔽的效果与电磁波的频率,孔眼的尺寸和数量等参数有关。

(3)电连接器屏蔽 选择的屏蔽式电连接器应有足够的插针供电缆内各个屏蔽层在电连接器端头接。为保证屏蔽的完整性,要沿着电缆一周,将电缆的外屏蔽层和电连接器整个地连接,最好是焊接;电连接器座应与设备的金属外壳保持良好的电气连接;电连接器头也应与电连接器座保持良好的电气连接。

3.2.4 地线耦合

接地设计的好坏对探测系统的正常工作是非常重要的。为此,对该探测系统的接地进行了改进设计,设置了三种接地。

1)安全地 即将金属机壳接地,当机壳带电时,保护动作切断电源,以保护工作人员和设备的安全。同时安全地可以作为各种屏蔽的接地。

2)功率地 为防止高电压或大电流的强功率电路(如电源,继电器,电机)对低电平电路(如高频电路,数字电路,模拟电路等)的干扰,而将它们的接地分开。前者为功率地(强电地),后者为信号地(弱电地)。

3)信号地 分为数字地和模拟地,主要目的是为了抑制电磁干扰,因此,应当特别注意低电平电路、信号检测电路、传感器输入电路和前级放大电路的接地。

不正确的接地不仅不会降低干扰反而会增加干扰,比如共地线干扰、地环路干扰等等。接地可以按工作频率采用不同的接地方式。由于该探测系统的工作频率较低(小于1MHz)而采用单点接地式(即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点,所有对地连接都接到这一点上)。

该探测系统的传感器输入电路和前级放大电路的接地应该只设一个接地点,因为,多个接地点会引入共地阻抗的干扰。而这个接地点的位置应当选择在保证地线中的电流流向为从小信号电路流向大信号电路,从而避免大信号电路的地线电流对小信号电路产生干扰。

接地电阻的要求是越小越好。因为当有电流流过接地电阻时,其上将产生电压。除产生共地阻抗的电磁干扰外。该电压一方面使设备受到反击过电压的影响,另一方面使人员受到电击伤害的威胁。因此一般要求接地电阻小于4Ω。

接地电阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降低接地电阻的方法有以下3种:

一是降低接地线电阻,为此要用总截面大和长度小的多股细导线。因为电阻和总截面成反比,和长度成正比,又与频率的趋肤效应有关。

二是降低接触电阻,为此要将接地线与接地螺栓和接地极紧密又牢靠地连接,并要增加接地极和土壤之间的面积与接触的紧密度。

三是降低地电阻,为此要增加接地极的表面积和增加土壤的导电率(如在土壤中注入盐水)。

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