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【關鍵詞】 電磁輻射 WCDMA 移動基站 強度預測 監測防護
一、移動通信基站及電磁輻射
1.電磁輻射在人們生活中不可避免,長被人們稱之為電子煙霧,它是由空間共同移送的電能量和磁能量組成的,由電荷的移動產生的能量。而移動通信正是依賴電磁輻射來實現傳播的。電磁輻射對于人們生活的影響很大,有很多人也都為此苦惱,移動通訊在給人帶來便利的同時,對人們生活環境和人的身體健康的影響極大。
2.電磁輻射會照成電磁污染,當電磁輻射超出人體和環境的影響的范疇,就會產生極大的危害。電磁輻射對于身體的危害主要分為三方面,其一就是所謂的非熱效應,人體的器官都是處于一個相對平衡的狀態。而電磁輻射則會改變這種平衡關系,人體的器官和身體細胞會受到損傷。其二是熱效應,人體的主要組成成分是水,當水分子吸收電磁輻射之后,相互碰撞,溫度不斷提高,溫度的升高會對人體中的蛋白質和DNA結構產生影響,嚴重的能夠引起細胞突變。其三就是累積效應,現在的生活中,到處都有著電磁輻射,當電磁輻射對你身體的傷害還沒有完全恢復之前,就在此受到傷害,長此已久,人受到的傷害會越來越重。
3.移動通訊系統往往由移動臺、基站、移動交換中心以及與市話網絡相連接的中繼線等組成。移動通訊的特點是信息交流的雙方至少有一個處于移動通訊收發狀態,它依賴電磁波的傳播,所以一些惡劣的條件會影響通訊信號。并且移動信號與信號之間有干擾,常會出現紊亂的現象,經過人們研究,移動通信設備使用了自動功率控制電路,就是人靠近基地站的時候他的發射功率自動降低,而遠離的時候則會自動升高。
二、基站電磁輻射的評價標準及監測方法
1.基站就是無線電臺的一種,它主要是作為信息的中轉,也就是信號的收發,它連接著移動電話和移動通訊網絡。基站是固定在某一個地方的高功率多信道雙向的無線電發射工具,當你用手機打電話的時候,民眾手機上發出和接受的信號都會通過附近的移動基站,通過移動基站,會把你的電話接入無線網路中,為了避免信號的相互干擾,往往不同區域的信號高低不同,就好像蜂窩一樣,因此通訊系統又被成為蜂窩系統。
2.移動基站的電磁輻射主要來源于三個方面,其一是發射機本身的電磁泄漏,基站一般建設的都比較高,距離地面比較遠,其對于地面上的輻射強度小。其二是發射天線的信號發射,發射天線一般建設在離地五十米以上的塔樓上,他們的發射能量有限。其三是高頻電纜和接頭處,但是接頭處一般都有著特殊的防護。但是那些建設在高樓樓頂的發射基站對于那些居住距離樓頂比較近的人,危害還是很大的。
3.當今社會對于電磁輻射越來越重視,移動通信方面不能馬虎,移動通信對于基站電磁輻射的檢查時刻都不能松懈,電磁輻射如果泄露嚴重,對于人和環境影響都是巨大的。對于電磁輻射監測一般都是定期進行,一般都是固定的某一個時間段固定的地點進行不間斷的監測,防止電磁輻射對于人們的危害,把電磁的輻射控制在一個安全的范圍。
三、基站電磁輻射的防護
1.安全防護距離是指符合我國對于電磁輻射防護規定的公眾照射限值和電磁輻射的管理規定。由于發射天線有著方向性,所以對于不同方向上電磁輻射程度不同,對于電磁輻射的防護力度應該也有所不同,并且發射天線與空間某一點的最小距離也要控制好。如果這這些因素無法改變,那么就應該對防護人員進行個體防護。
2.想要減少電磁輻射對于環境的污染,可以有三種防護措施,防護措施主要是干擾源的改變、干擾傳播途徑、減少敏感設備。對于移動通訊中的電磁輻射的防護,主要是對干擾源的合理建設采取一些有效的措施。
四、結束語
移動通訊的應用現今越來越普遍,在生活中必不可少。人們逐漸意識到電磁輻射對于環境和人體的危害和影響,民眾應該更好的去了解相關的知識,正確的看待電磁輻射,適當進行防護。通過移動通訊電磁輻射對于環境方面的影響的研究,讓民眾對于電磁輻射有了更深的了解。對于移動信息基站建設的一些防護措施進行了簡略的探討。
參 考 文 獻
[1] 林少龍,蔡賢生. 移動通信基站天線設置與電磁輻射影響分析[J]. 中國無線電. 2011(05)
現代直升機普遍采用了火控系統、組合導航系統、綜合顯示系統等電子設備,這些電子設備的頻帶不斷加寬,功率逐漸增大,靈敏度也越來越高,這使得電磁兼容性問題更加突出。綜合顯示系統作為人機交互界面,在整個航電系統中具有重要作用,所以提高綜合顯示系統的電磁兼容特性有著十分重要的意義。
1、綜合顯示系統電磁兼容設計
直升機的綜合顯示系統一般由多功能顯示器、顯示控制處理機、多功能鍵盤組成。多功能顯示器的功能是進行飛行參數的顯示,顯示控制處理機的功能是處理其他系統與綜合顯示系統的交聯數據,多功能鍵盤的功能是進行參數設定,對綜合顯示系統的電磁兼容設計即主要針對這三個部件。
1.1電磁屏蔽設計
屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離,以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射,具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場向外擴散;用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。
多功能顯示器大多為板式組合結構,這種結構一般由基架、板和緊固件組成。由于板與基架、板與板交界處的接觸不可能達到理想的面接觸(實際上都是點接觸),因而必然存在縫隙,這些縫隙就為電磁干擾提供了耦合途徑,由此產生的輻射干擾波的形式呈直線發射狀,為了阻斷這種途徑,可以把連接處加工成臺階式結構,即把儀表板安裝多功能顯示器處加工成臺階式下陷,然后把多功能顯示器嵌入進去,這樣可以最大程度的起到電磁屏蔽的作用,同時在裝配接觸面上使用特制的導電膠涂敷,增大導電接觸面積,達到面接觸的目的,再者,窗口式結構是多功能顯示器所獨有的特點,這是由它本身的工作性質所決定的,但這種結構對該產品的電磁兼容性有著極大的負面影響,其原因顯而易見,窗口使得多功能顯示器的金屬結構不再連續,整體導電性也被破壞,給電磁干擾的傳播提供了便利條件。為了避免或降低這種負面影響,我們現在的直升機上采用了一種材料-ITO導電膜,它的電阻很低,可見光(波長:380~780nm)的透過率高達90%以上,對可見光的反射率小于l%,在顯示區域貼裝ITO導電膜基本上不影響多功能顯示器的光電指標。隨著IT0導電膜的使用,產品的整體屏蔽性能得到了明顯的改善。
1.2機箱電磁兼容設計
電子設備所產生的電磁能量和外部空間電磁能量主要通過機箱蓋板、機箱面板安裝的電連接器和其它器件泄漏,必須對機箱電磁兼容設計給予充分重視。
顯示控制處理機由殼體與蓋板構成,為提高機箱殼體與蓋板之間的導電性能和兩者之間的配合精度,使兩者之間的間隙盡可能小,可以安裝導電膠條,使其達到更好的電磁兼容效果,而且顯示控制處理機的殼體應設計成四周封閉式結構,這種環型的封閉結構設計可以一定程度上防止電磁泄漏。多功能顯示器和顯示控制處理機機箱也可以直接采用具有濾波器功能的電連接器,這種方法非常適合于航空電子產品。多功能顯示器應盡可能采用軟磁性材料作為整機外殼,切斷電磁干擾的傳播途徑,提高多功能顯示器的電磁兼容性。
1.3搭接設計
“搭接”是指在兩金屬表面之間建立低阻通路,在結構上設法使射頻電流的通路均勻,避免在金屬件間產生電位差從而造成干擾。
某型機顯示控制處理機采用單點搭接方式,即顯示控制處理機機箱外殼通過一搭鐵線與設備架底架相連,顯示控制處理機外殼的靜電可以通過搭鐵線傳給設備架,然后傳給大地,消除多余的靜電荷,這一設計避免了靜電荷在顯示控制處理機表面的積累所產生的電磁干擾,提高了顯示控制處理機的電磁兼容特性。
另外多功能顯示器是比較大的干擾源,我們可以在多功能顯示器金屬外殼與儀表板之間采用搭鐵線的方式進行搭接,建議在儀表板的前表面進行搭接,這樣方便多功能顯示器的拆卸與安裝。
1.4電路設計
在元器件的電源和地之間加去耦電容,可以為元器件提供一個從電源到地的動態低阻抗通路,使元器件減小了從電源獲取高速電流時局部產生的電壓降,提高了元器件工作可靠性。同時,更重要的是該種設計減小了高變化率電流流通的導線長度,從而降低了高速電流電磁輻射強度。
2、電磁兼容設計應用實例
(1)在某出口武裝型直升機中曾出現過多功能顯示器干擾機通的故障,故障現象為打開多功能顯示器開關,機通耳機會出現噪音,關閉多功能顯示器開關,機通耳機內噪音消失,這說明多功能顯示器對機通產生了電磁干擾。這是由于機通控制盒與多功能顯示器都安裝在儀表板上,且安裝位置相對較近,所以相互之間容易產生電磁干擾。本例中干擾源為多功能顯示器,受干擾源為機通控制盒,由于多功能顯示器的內部電路板上有很多微處理器以及微控制器的時鐘電路和脈沖電路產生的離散量高頻信號都有可能對機通控制盒產生干擾,產生的電磁干擾的傳播途徑為空間輻射干擾,多功能顯示器通過空間輻射電磁能量而形成干擾,輻射干擾以電磁波形式傳播輻射,機通控制盒這種設備本身就對電磁波有很高的敏感度,當它接收到這種輻射干擾時就會影響機內的通信。
解決這一故障的方法是在多功能顯示器前部屏板的電路板電源與地之間接入一耦合電容。這一設計減小了電路板從電源獲取高速電流時局部產生的電壓降,降低了電路板電源產生的恒頻電流產生的電磁干擾。
某型機也出現過類似的故障,故障為多功能顯示器干擾機通的某些頻段的通信,解決此問題的方法是更換多功能顯示器機箱內模塊的晶振,這在一定程度上更改了振動頻率,也起到了電磁濾波的作用,降低了電磁輻射的產生。達到了理想的電磁兼容的效果。
另外,直升機多功能顯示器開關的打開-關閉也能夠產生瞬變電壓的干擾,建議解決此問題也可以采用這種接入耦合電容的方法降低電磁干擾的發生。
關鍵詞:變頻器;諧波;干擾;預防
引言
隨著科學技術的不斷發展,特別是計算機技術、控制技術、網絡技術、通信技術的日新月異,變頻器和 PLC及現場總線在現代工業領域特別是煙草行業運用越來越廣泛,但變頻器電流諧波及高頻電磁輻射的影響對控制回路特別是對現場總線的干擾應引起我們的高度重視,若處理不當,會影響我們的自動化生產。不知你發現了沒有?有時網絡掉線,查又查不出什么原因,后來又莫名其妙的會好,通過查閱一些資料,我總結了一些處理方法,現就這個問題與大家共同探討。
一、變頻器諧波成分的產生
變頻器是一個干擾源:變頻器干擾其它設備的根本原因是因為其輸入和輸出電流中含有高次諧波成分的原由。
1.變頻器的輸入電流
變頻器的輸入電流產生諧波分析:變頻器的三相整流橋的輸入電路如圖1具有以下特點;因其輸出側是較高的直流電壓。以交流側線電壓為380V為例,輸出側直流電壓的平均值為513V。輸入側的電壓瞬時值只有在超過直流電壓之時,才有可能出現電流。顯然輸入電流是非正弦波如圖2。其頻譜分析的結果如圖3所示。可以看出其5次諧波和7次諧波的成分是非常高的。這些高次諧波電流除影響其它設備形成干擾外,還對功率因數有影響。
由于變頻器屬于對稱三相負載,故其諧波的次數沒有偶數和三的倍數,為5,7,11,13,17,19,23,25,29,31,35,37,41,43,49,…
諧波的次數越高,幅值越小。任何高次諧波電流都是無功電流,以5次諧波為例分析每半個周期內“+”與“-”的瞬時功率之和正好相等,平均功率為0,因此電流中含有高次諧波成分時平均功率時比較低的,引起其減少的因子稱為畸變因子,其倒數即為畸變率(THDI)。
2. 變頻器的輸出電壓
決大多數逆變器都采用SPWM調制方式。其中正弦波是調制波,三角波是載波且是雙極性的。輸出電壓為占空比按正弦規律分布高頻脈沖矩形波如圖4。這樣的高頻電壓波可能對其它設備形成干擾。
3. 變頻器的輸出電流
盡管變頻器輸出電壓是一系列的脈沖構成但由于電動機定子繞組的電感性質,故通入電動機的定子電流十分接近于正弦波。但輸出電流中與載波頻率相等的諧波分量仍是較大。
二、諧波的危害
1、電流諧波產生的功率損耗和干擾。
2、電源的電壓畸變(電壓諧波)。
3、功率因數的降低:輸入相電流波形與相電壓波形本來接近“同步”,相移角基本為零,而相移系數Cosφ=1。考慮因電流比電壓滯后引起的平均功率減少功率因數為Cosφ。
4、對地漏電流產生的危害。
5、電磁感應和電磁輻射引起周圍敏感設備的干擾,特別是對通訊設備,弱電控制線路,現場總線設備等的干擾。
三、諧波傳布途徑及諧波抑制方法
1.電路耦合引起的干擾
(1)傳播途徑
① 通過電源網絡傳播 這是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。由于輸入電流為非正弦波,當變頻器的容量較大時,將使網絡電壓產生畸變。
② 通過對地漏電流傳播 這是變頻器輸出干擾信號的主要傳播方式。由于輸出線路與地線之間存在著分布電容,變頻器輸出的高頻脈沖電壓通過分布電容流向大地的漏電流是比較可觀的。漏電流又通過地線傳播到其它設備。
(2)抑制方法
① 電源隔離 對于一些耗電量較小的儀器設備可通過隔離變壓器和電網進行隔離,以防止竄入電網的干擾信號進入儀器。
隔離變壓器是原、副方變比為1:1的變壓器,但在原、副方繞組之間采取了良好的隔離措施。為了加強隔離效果,在變壓器的原、副方電路中,還可以加接一些濾波器件如電容器等。
② 接入電抗器 接入電抗器不僅可以削弱諧波電流和電源電壓不平衡,還可提高功率因數。電抗器分交流電抗器和直流電抗器。交流電抗器提高功率因數至0.75~0.85,直流電抗器提高功率因數至0.9以上
(a)可以安裝位于進線側的交流線路電抗器,或者位于直流側的直流電抗器。
(b)同一電源網絡中,有多臺變頻器或有大容量晶閘管設備時變頻器應接入交流電抗器 ,這是因為變頻器或有大容量晶閘管都是干擾源,可引起網絡的電壓波形將發生畸變,它們之間相互干擾或干擾其它設備。
(c)變頻器容量不足供電變壓器容量的1/10時,應接入交流電抗器。這是因為當變壓器的容量相對較小時,變壓器二次測繞組的電抗能夠起到交流電抗器的作用。
(d)為獲得等值的諧波抑制效果,加在直流側的直流電抗器的電感值大致應等于交流測的交流電抗器的電感值的2倍。
③ 采用12脈沖波或18脈沖波
采用一個具有兩組二次繞組的三相變壓器,以組接成星形,另一組接成三角形如圖5。則該兩組二次繞組輸出電壓間的相位將互差30°,將該兩個整流橋的輸出側并聯,則并聯后的電壓波形具有12個脈波,結果會使直流電壓明顯的平穩,同時其輸入電流的波形明顯得以改善。
有關資料表明:6脈沖波整流時,電流失真率達88%;接入直流電抗器時,電流失真率達40%;12脈沖波整流時,電流失真率只有12%。
2.感應耦合引起的干擾
當變頻器的輸入電路或輸出電路與其它設備的電路挨得很近時,變頻器的高次諧波信號將通過感應的方式耦合到其它設備中去
(1)傳播途徑
① 電磁感應方式 這是電流干擾信號的主要傳播途徑。由于變頻器的輸入輸出電流中的諧波成分要產生高頻磁場,該磁場的磁力線穿過其它設備的控制線路而產生感應干擾電流。
② 靜電感應方式 這是電壓干擾信號的主要傳播途徑。是變頻器輸出的高頻電壓波通過線路的分布電容傳播給其它設備的控制電路。
(2)抑制方法
①合理布線 合理布線能夠在相當大程度上消弱干擾信號,布線時應遵循以下原則:
(a)遠離原則 干擾信號的大小與控制線和干擾源之間的距離平方成反比,因此現場總線等信號線應盡可能的遠離變頻器的輸入、輸出線。
(b)不平行原則 現場總線等信號線與變頻器的輸入輸出線之間越平行互感較大,分布電容也越大,電磁感應和靜電感應的干擾也越大,因此它們之間交叉時應垂直交叉。
(c)相絞原則 兩根信號線相絞,能有效抑制差模干擾。這是因為兩個相鄰絞距中,通過電磁感應產生的干擾電流的方向是相反的。絞距越小效果越好。
② 采用屏蔽線 為防止外來的干擾信號竄入控制電路,控制電路應采用屏蔽線。當控制線和變頻器相接時只需將屏蔽層其中的一端接到變頻器的信號公共端即可。切忌切不可兩端都接。若變頻器的動力電纜帶屏蔽層時兩端都應接地。
3.電磁輻射引起的干擾
(1)傳播途徑
頻率很高的諧波分量具有向空中輻射的電磁波的能力,從而對其它設備干擾。尤其對于通信設備的干擾更為嚴重。
(2)抑制方法
① 接入電抗器
(a)輸入電抗器 可使輸入電流的波形大為改善,可顯著提高功率因數外。也非常有效的削弱輸入電流中的高次諧波電流分量引起的電磁輻射的干擾。
(b)輸出電抗器 變頻器的輸出側一般不接電抗器,但接入輸出電抗器可十分有效的削弱輸出電流中的諧波成分。
② 正確接地 接地主要目的是安全,但的也具有把高頻干擾信號引大地的功能。應注意以下幾點。
(a) 接地線應盡量粗一些,接地點盡量靠近變頻器。
(b)接地線應盡量遠離電源。
(c)變頻器所用接地線必須和其它設備接地線分開。
(d)變頻器接地端子不能和電源的“零線”相接。
③ 接入濾波器
濾波器主要用于以濾波器主要用于抑制具有輻射能力的頻率很高的諧波電流,竄接在變頻器的輸入和輸出電路中如圖6。濾波器有高頻線圈和電容起組成。必須注意的是變頻器輸出側的濾波器中,其電容器只能接在電動機側,且應串入電阻,以防止逆變管因電容的充、放電而受到沖擊。
無源濾波器可以將THDI降低到 16% 至10%的水準,而且,如果與電抗器結合使用的話,可以降低到5%。
這種方案從0.75kW到 500/630kW的變頻器都可以適用。
④ 降低載波頻率
變頻器輸出側諧波電流的輻射能力、電磁感應和靜電感應能力都和載波頻率有關。適當降低載波頻率對抑制干擾是有利的。
參考文獻
[關鍵詞]開關電源;電磁干擾;抑制a
中圖分類號:TL62+9 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)24-0064-01
1.開關電源干擾的產生
1.1 開關電源內部干擾
1.1.1 基本整流器
基本整流器的整流過程是產生EMI最常見的原因。這是因為工頻交流正弦波通過整流后不再是單一頻率的電流,而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量,諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產生傳導干擾和輻射干擾,使前端電流發生畸變,一方面使接在其前端電源線上的電流波形發生畸變,另一方面通過電源線產生射頻干擾。
1.1.2 功率變換電路
1)開關管。開關管及其散熱器與外殼和電源內部的引線間存在分布電容,當開關管流過大的脈沖電流(大體上是矩形波)時,該波形含有許多高頻成份;同時,關電源使用的器件參數如開關功率管的存儲時間,輸出級的大電流,開關整流二極管的反向恢復時間,會造成回路瞬間短路,產生很大短路電流,另外,開關管的負載是高頻變壓器或儲能電感,在開關管導通的瞬間,變壓器初級出現很大的涌流,造成尖峰噪聲。
2)高頻變壓器。開關電源中的變壓器,用作隔離和變壓,但由于漏感的原因,會產生電磁感應噪聲;同時,在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將一次側高次諧波噪聲傳遞給次級,而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路,使變壓器周圍產生的電磁場更容易在其他引線上藕合形成噪聲。
3)整流二極管。二次側整流二極管用作高頻整流時,由于反向恢復時間的因素,往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除(因載流子的存在,還有電流流過)。一旦這個反向電流恢復時的斜率過大,流過線圈的電感就產生了尖峰電壓,在變壓器漏感和其他分布參數的影響下將產生較強的高頻干擾,其頻率可達幾十MHz。
4)電容、電感器和導線。開關電源由于工作在較高頻率,會使低頻元件特性發生變化,由此產生噪聲。
1.2 開關電源外部干擾
開關電源外部干擾可以以“共模”或“差模”方式存在。干擾類型可以從持續期很短的尖峰干擾到完全失電之間進行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續噪聲或雜波以及瞬變等,電源干擾的類型見表1。在表1中的幾種干擾中,能夠通過電源進行傳輸并造成設備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波,而靜電放電等干擾只要電源設備本身不產生停振、輸出電壓跌落等現象,就不會造成因電源引起的對用電設備的影響。
2.抑制干擾的一些措施
形成電磁干擾的三要素是騷擾源、傳播途徑和受擾設備。因而,抑制電磁干擾也應該從這三方面人手,采取適當措施。首先應該抑制騷擾源,直接消除干擾原因;其次是消除騷擾源和受擾設備之間的藕合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設備的抗擾能力,減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是切斷電磁騷擾源和受擾設備之間的藕合通道。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
1)采用屏蔽技術可以有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾,即用電導率良好的材料對電場進行屏蔽,用磁導率高的材料對磁場進行屏蔽。屏蔽有兩個目的,一是限制內部輻射的電磁能量泄漏出,二是防止外來的輻射干擾進人該內部區域。其原理是利用屏蔽體對電磁能量的反射、吸收和引導作用。為了抑制開關電源產生的輻射,電磁騷擾對其他電子設備的影響,可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩,然后將整個屏蔽罩與系統的機殼和地連接為一體,就能對電磁場進行有效的屏蔽。
2)所謂接地,就是在兩點間建立傳導通路,以便將電子設備或元器件連接到某些叫作“地”的參考點上。接地是開關電源設備抑制電磁干擾的重要方法,電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。在電路系統設計中應遵循“一點接地”的原則,如果形成多點接地,會出現閉合的接地環路,當磁力線穿過該環路時將產生磁感應噪聲。實際上很難實現“一點接地”,因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地,利用一個導電平面作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中,應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后,再連接到公共參考點上。
3)濾波是抑制傳導干擾的有效方法,在設備或系統的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。EMI濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元,可以抑制來自電網的干擾對電源本身的侵害,也可以抑制由開關電源產生并向電網反饋的干擾。在濾波電路中,還采用很多專用的濾波元件,如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環,它們能夠改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器,并正確地安裝和使用濾波器,是抗干擾技術的重要組成部分。選擇濾波器時要注意以下幾點:
①明確工作頻率和所要抑制的干擾頻率,如兩者非常接近,則需要應用頻率特性非常陡峭的濾波器,才能把兩種頻率分開;
②保證濾波器在高壓情況下能夠可靠地工作;
③濾波器連續通以最大額定電流時,其溫升要低,以保證在該額定電流連續工作時,不破壞濾波器中元件的工作性能;
④為使工作時的濾波器頻率特性與設計值相符合,要求與它連接的信號源阻抗和負載阻抗的數值等于設計時的規定值:
⑤濾波器必須具有屏蔽結構,屏蔽箱蓋和本體要有良好的電接觸,濾波器的電容引線應盡量短,最好選用短引線低電感的穿心電容;
⑥要有較高的工作可靠性,因為作防護電磁干擾用的濾波器,其故障往往比其他元器件的故障更難找。
安裝濾波器時應注意以下幾點:
①電源線路濾波器應安裝在離設備電源人口盡量靠近的地方,不要讓未經過濾波器的電源線在設備框內迂回;
②濾波器中的電容器引線應盡可能短,以免因引線感抗和容抗在較低頻率上諧振;
③濾波器的接地導線上有很大的短路電流通過,會引起附加的電磁輻射,故應對濾波器元件本身進行良好的屏蔽和接地處理;
④濾波器的輸人和輸出線不能交叉,否則會因濾波器的輸人和輸出電容藕合通路引起串擾,從而降低濾波特性,通常的辦法是輸人和輸出端之間加隔板或屏蔽層。
3.結語
開關電源產生電磁干擾的因素還有很多,抑制電磁干擾還有大量的工作要做。全面抑制開關電源的各種噪聲將使開關電源更加安全可靠地運行。
參考文獻
近日,世界知名汽車品牌――日本豐田公司在全球范圍內的汽車“召回門”一事,可謂風起云涌,萬般變化。且不論該事件的結果怎樣,單說該公司產品出現故障的一個原因是汽車的剎車突然失靈,油門被卡。美國運輸部門稱,電磁干擾可能是汽車電子油門系統運轉失靈的原因之一。
實際上,這已經不是電磁干擾第一次作祟了,大家是否記得第一次登月成功的阿波羅11號飛船,在它之后的阿波羅12號飛船(見圖1)就曾遭遇過電磁干擾。
在當時與蘇聯在航空領域競賽的背景鼓舞下,美國決定在首次登月成功近4個月之后,繼續發射阿波羅12號。盡管當時天氣狀況不是很好,空中還有著較厚的云層,但發射行動如期進行。然而在火箭升空僅36.5秒時,就突然遭到了雷擊,信號全部中斷,接著到52秒時,又一次遭到雷擊。所幸的是,兩次危機均被宇航員化解,加上所使用的土星5號運載火箭機身較為過硬,最終還是完成了登月任務。這過程之中的雷擊就是電磁互相干擾所致:火箭在升空的過程中,自身和尾部噴出的發動機火焰形成了一根長達數百米并且不斷運動的導體,從而在云層中引發了典型的“人造閃電”,閃電是種高強度電磁脈沖,其形成的電磁干擾很可能導致控制系統計算機的故障。
電磁干擾何以“興風作浪”
生活中,電磁干擾也與我們如影隨行。電視圖像出現“雪花”、收音機有雜音以及手機信號的突然中斷等等這些讓你煩惱的問題都有電磁干擾這位“駭客”的“功勞”。
電磁干擾,從理論的角度來講,是指由電磁干擾引起的設備、傳輸通道或者系統性能的下降。這里,電磁干擾是一種客觀存在的物理現象,泛指一切能產生損害作用的電磁現象。實際上,電磁干擾是不可避免要存在的,生活中凡是用電的設備,無論是電網供電,還是電池供電,都會向外發射有害的電磁波,對我們影響比較大的只是其中一部分而已,我們需要應對的也就是那些造成不良后果的情形。
和聲音的傳播需要發生源、介質及接收點一樣,電磁干擾也要具備三個要素:干擾源,傳播途徑和擾的對象。在專業理論中,擾對象統稱為敏感設備。
干擾源即造成這種電磁干擾的來源,可大致分為自然干擾和人為干擾。自然干擾的內涵比較豐富,從小小的元器件自身的熱噪聲到宇宙中的各個星系產生的輻射都可歸為這一類,這些東西大部分都沒什么利用價值,反而不時地制造些麻煩,是要盡量避免和消除掉的主要對象。
人為干擾包括兩大類,一類專門司職發出“噪聲”,比如廣播、電視、雷達等,不過這種干擾可以為我們帶來聲音、視頻和信號的傳遞,益處要遠大于害處,是人們日常生活不能離開的一類:另一大類則相反,它們屬于設備在完成自身功能之后無奈產生的副產品,諸如架空輸電線、電動器械、家用電器等等產生的電磁輻射。這些屬于無益的干擾,在日常生活里,得采取各種措施,將其危害降低到最小程度。
電磁的傳播途徑有兩種:傳導耦合和輻射耦合。傳導,顧名思義,就是利用導電介質,將一個網絡中的信號耦合到另一個電網絡中去;輻射耦合是指通過空間,以電場的形式把信號從干擾源傳輸到另一個網絡中。
實際工程應用中,電磁耦合是很難理清楚的,往往是多種形式的干擾源以多種方式耦合在一起,比之一團亂麻,有過之而無不及。
敏感設備就是易被電磁干擾“挑撥離間”的對象。而且,對于敏感設備來說,在擾的同時,它本身就成了一個新的干擾源。
電磁兼容――對抗干擾
,通過以上介紹,你可能大致明白了電磁干擾的理論知識,我們再看看人類在這場與電磁干擾曠日持久的對抗戰中做出了怎樣的應對。這里,還要介紹一個非常重要的概念:電磁兼容性。電磁兼容性,指的是設備或系統在其電磁環境下能正常工作且不對該環境中任何事物構成電磁干擾的能力。也就是說,具有這種特性的物體,在某種環境下,自己可以正常工作,同時也不會影響其他物體。
這是如何達到的呢?可以采取技術和組織的手段。技術手段的處理,自然離不開對癥下藥。前文提到的三要素中,干擾源是要設法抑制的,傳播途徑應盡量消除或降低干擾之間的耦合,剩下的敏感對象,我們的處理辦法就是不要讓它那么“興奮”,或者讓它提升自己抵抗這種“誘惑力”的能力,即抗擾性。
組織的手段說來簡單,就是制定和遵循一套完整的標準和規范,使得各個設備“有法可依”,這樣,有利于資源的合理分配和統一管理。不過,其涉及面卻十分廣泛,既需要研究復雜的電磁環境、頻譜分配與利用乃至電路的布局、材料的選擇、參數的確定等等,還需解決用戶和設計方的關系,這顯然非一朝一夕之功。
幸好目前國際上,針對這一問題專門研究的機構很多,作為普通用戶其實沒必要了解這些條條框框,我們需要的只是在日常生活里,避免受到更多的電磁“騷擾”。然而,不可忽視的是,目前我們生活中的很多電器設備卻在這一層面上嚴重缺失。
要知道,電磁干擾輕則是對設備的損傷,重則是對人體健康的威脅,因為它本身就是一種輻射,長期暴露在這種環境下,會造成人的神經紊亂和其他病狀。這并非危言聳聽,國家在制定相關標準時,必須加以慎重考慮。