| 由机电之家行业门户网运行 |
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
 |
|
| 您现在的位置： 设备维修与管理 >> 设备管理 >> 基础管理 >> 维修管理 >> 资讯正文 |
|
设 备 管 理 网 s b g l . j d z j . c o m
|
|
服务热线：0571-87774297 传真：0571-87774298 电子邮件：donemi@hz.cn 服务 QQ:66821730
机电之家(www.jdzj.com)旗下网站 杭州滨兴科技有限公司提供技术支持
|
1-电源线的传导干扰；2-信号线的传导干扰；3-设备向外辐射和接收干扰；4-电源线作为天线向外辐射和接受干扰；5-信号线作为天线向外辐射和接受干扰；6-设备内部干扰；7-地线混入的干扰
对电磁兼容的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力。它包括两层含义：设备要在电磁环境中正常工作，设备对于电磁环境中的电磁干扰有一定的抵御能力，而不会导致失效；设备本身在工作中对环境产生的电磁骚扰不应超出一定量值，不对该环境中的其他设备产生不能承受的干扰。
到目前为止，我国已经制订了70多个有关电磁兼容的国家标准。应用于电力系统的微机型产品的电磁兼容测试项目主要有：静电放电(ESD); 电快速瞬变脉冲群(EFT); 浪涌; 工频磁场; 衰减振荡波。它们也是产品在设计过程中必须加以重点考虑的。采用的最新国家标准是GB/T 17626系列，其等效的国际标准是IEC 610004系列，它们之间的对应关系如表1所示。
3电力系统微机型产品的电磁兼容设计
电力系统微机型产品的电磁兼容设计就是根据产品正常工作时所处的电磁环境条件来选择电磁兼容标准中适用的试验等级，研究如何将电磁干扰的各种抑制方法（接地、屏蔽、隔离和滤波等）运用到产品设计的全过程中，使产品性能满足标准中该试验等级的电磁兼容性要求。
3.1产品结构的电磁兼容设计
产品结构的电磁兼容设计主要是采用电磁屏蔽和接地技术。
电磁屏蔽是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一个区域感应和辐射传播的方法。在进行产品结构设计时，应尽量使其形成一个封闭的金属整体。产品结构可以有几个部分组成，但必须保证这几个部分之间有良好的电气连接，以使它们形成一个金属整体。有时几个部分之间由于某种原因（比如表面喷涂）而不能形成良好的电气连接，这时必须在每个部分专门设置接线点用于将所有分立部分连接起来。在产品的结构设计中应将装置的强电部分和弱电部分尽量分开来，在可能的情况下，于强电部分和弱电部分之间加一层金属板加以屏蔽，该金属板也要与机箱、大地连到一起。
电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽。在产品结构设计时应根据实际工作中电磁干扰的特性确定适合的电磁屏蔽类型，从而确定选用什么样的屏蔽材料。电场屏蔽的原理是用接地良好的金属屏蔽体将场源产生的交变电场限制在一定空间内，从而阻断了干扰源到敏感电路之间的电场传播路径，它要求屏蔽材料必须有良好的导电率，如铜、铝、银等，同时它的接地必须良好。磁场屏蔽分为低频磁屏蔽和高频磁屏蔽。低频磁屏蔽是利用高导磁率的铁磁材料(如铁、镍铁合金、坡莫合金等)构成磁力线的低磁阻通路，使大部分磁场“包封”在屏蔽体内，从而起到磁隔离作用。应该注意的是，用铁磁材料做的屏
蔽罩在垂直于磁力线方向上不应开口或有缝隙，否则屏蔽效果会变差。高频磁屏蔽是利用屏蔽体产生的涡流反磁场，抵消干扰磁 场，从而实现磁屏蔽，因此它要求采用高导电率的材
料，如铜、铝等。电磁场屏蔽原理与高频磁屏蔽原理是类似的，因此它也要求采用高导电率
的材料，如铜、铝等。
在产品结构设计中有时为了增加美观可采用工程塑料做机箱的材料，但必须采取措施解决电磁干扰的问题，一种方法是将塑料面板套在金属箱体的表面，电磁干扰由里面的金属结构进行屏蔽，另一种方法是采用薄膜屏蔽技术，即采用喷涂、真空沉积、电镀和粘贴等工艺技术在工程塑料表面覆盖一层导电膜，使其对电磁波具有反射和吸收作用。
3.2电源回路的电磁兼容设计
电源回路是电磁干扰最易进入的通道，所以在电磁兼容标准中，对于同一试验等级，电源回路的试验电压比其它回路高一倍，例如采用3级试验等级的EFT试验，电源回路的试验电压为2 kV，其它回路为1 kV。由于这个原因，所以电源回路必须采用比其它回路更多的抗电磁干扰措施。
电源回路的电磁兼容设计主要是采用滤波技术。使用电源滤波器是一个有效的方法，但在加滤波器时有两个问题需要注意：一是选用合适类型的滤波器，不同类型的电源选择的滤波器也不同，现在市面上已经有各种专用的滤波器可供选择，如线性稳压电源滤波器、开关电源滤波器等；二是必须在电源进线的最前端放置滤波器，使滤波器之前的电源进线尽可能短，以尽量避免电磁干扰通过这段进线窜入装置内对电路其它部分产生影响。在可能的情况下，可考虑将滤波器直接安装在机箱上，让滤波器的金属外壳与机箱的金属外壳紧密接触。
3.3交流量回路的电磁兼容设计
交流量回路主要是电流互感器、电压互感器(TA，TV)输入回路，该回路输入部分一般是1 A或5 A的交流电流信号以及57.7 V或100 V的交流电压信号，这些信号相对于微处理器系统来说都是强电信号，该回路的输出部分一般是直接送给A/D的标准电压信号（0～5 V，0～10 V, －10～10V），由A/D进行模数转换后送给CPU进行处理，所以其输出信号是与后面的微处理器系统有直接联系的弱电信号。这些强电信号与弱电信号之间的关系处理不好的话将对整机的电磁兼容性能带来非常大的影响。
由于电磁干扰是直接从TA，TV的初级引线进入装置内部的，所以TA，TV的初级引线要尽量短，并且不能互相交叉，以减少它们彼此之间的相互干扰。在设计印刷电路板时，应考虑将强电部分与弱电部分在空间上分开来，强电部分可考虑安装金属屏蔽罩，以减少强电部分对弱电电路的空间辐射电磁干扰。在电路设计上，信号调理的前端应考虑增加滤波电路，信号输出与A/D之间也应该有滤波或隔离电路。信号放大电路可考虑采用差动放大电路，以减少共模干扰带来的影响。对于正常工作中不使用的交流通道不要让它悬空，在其入口和出口（A/D之前）处采取短接或接地。
3.4开关量回路的电磁兼容设计
开关量回路包括开关量输入回路和开关量输出回路，开关量输入回路主要是采集现场一些诸如断路器的位置等二进制信息，开关量输出回路主要用于将微处理器发出的指令输出以控制相应的对象，如发指令跳闸、合闸等。这些回路一般也是强电信号，而这些信号又都直接与CPU有联系，开关量输入信号经过变换送入CPU进行处理，开关量输出信号是由CPU经过综合各种信息最后作出判断并送出，所以必须对这些回路进行处理，减少外来的电磁干扰对内部弱电电路的影响。
开关量输入回路前级信号变换部分应考虑采用滤波，开关量输入信号送给CPU之前，必须进行隔离处理，可采用光电隔离，而且两级光电隔离效果会比较好，在开关量输入板的出口处和CPU板的入口处各设一级光电隔离。
开关量输出回路也应该在前端采取隔离措施，可通过光耦或继电器进行隔离，而且两级隔离效果会比较好，在CPU板的出口处和开关量输出板的入口处各设一级隔离。开关量输出回路一般都是用于控制现场的设备，要求实时性强，所以一般不能加滤波电路。
3.5微处理器电路的电磁兼容设计
微处理器电路是微机型产品的核心，其电磁兼容设计的好坏关系到整机工作性能的发挥，因此必须予以充分的重视。微处理器电路的电磁兼容设计需要在电路原理设计和PCB布线过程中综合运用各种电磁干扰抑制技术，将其影响减少到最小。
合理地安排接地方式。信号接地有一点接地、多点接地和混合接地。一般情况下，当信号工作频率小于1 MHz的低频电路采用一点接地，当信号频率大于10 MHz时，如用一点接地，其地线长度不能超过波长的1/20，否则应采用多点接地，而混合接地则在低频时相当于一点接地，高频时相当于多点接地。
在成本许可的情况下，CPU主板可考虑采用4层电路板，这4层分别用作：元件面、电源层、接地层、焊接面。由于使用了专用的接地层，实践证明，同样的电路采用4层电路板比采用2层电路板抗电磁干扰的能力强得多。
I/O驱动电路尽量靠近印刷板边，让其尽快离开印刷板。对进入印制板的信号要加滤波，从高噪声区来的信号也要加滤波。
A/D转换器是模拟电路和数字电路的集中点，在布线上应模拟电路和数字电路分区域安排，不要让它们互相交叉。
适当地使用去耦电容，去耦电容应放置在尽量靠近集成电路电源和地端之间。
通信电路的电源不要与其它的电路共用电源，应采用独立的通信电源。在电路设计上可考虑采用DC/DC模块进行隔离。
晶振的引脚应尽量靠近CPU相应的输入引脚，晶振外壳要接地。
集成电路上该接电源、地的端都要接，不要悬空。闲置不用的门电路输入端不要悬空，闲置不用的运算放大器正输入端接地，负输入端接输出端。
3.6软件的电磁兼容设计
微机型产品长期运行中，由于电磁干扰，常常会使程序的指针“跑飞”，这时如果不采取措施，就会出现死机现象，系统失去原有的功能。为了防止死机现象发生，在硬件上应采用“看门狗”（watchdog）电路，“看门狗”电路的核心是一个可重触发单稳态电路。要使“看门狗”电路能够正常工作，在软件设计上，在CPU正常执行程序期间，定时给“看门狗”电路发送重触发脉冲使其复位，一旦因干扰使CPU程序“跑飞”，“看门狗”电路不应再收到定时触发脉冲，“看门狗”电路在暂态过程结束后发生翻转，输出一个宽度足以引起CPU重新复位或产生不可屏蔽中断的脉冲信号，它由单稳电路中电阻、电容元件参数确定。
采用容错技术也是提高微机型产品抗电磁干扰的有效方法，它可使系统在受到干扰发生程序执行方面的错乱也不致系统停运或执行错误的工作，而是使系统自动回到正常的运行状态，从而提高整个系统的稳定性和安全性。容错技术可以渗透到程序设计的方方面面，比如：通过数字滤波可以提高采集数据的可靠性；对于重要的控制命令输出采用“返校”措施，以确保命令执行的正确性；不用地址的内容，全用NOP空操作指令填充，在程序块中，每隔若干条指令也插入两条NOP指令，使程序指针因干扰“跑飞”到这些地址时也不会执行错误的指令；对于重要的数据，应采取备份的措施等。
4结束语
以上是笔者在实际工作中，针对电力系统微机型产品设计中的电磁兼容问题提出了一些解决措施，对于不同类型的产品应根据实际工作情况进行合理的分析和应用。随着电力系统的不断发展，电磁环境越来越恶劣，国内外对产品的电磁兼容测试要求会越来越严格，选用严酷度等级会越来越高，所以不断研究新方法、新型抗电磁干扰材料、提高电子元件自身的抗电磁干扰能力，具有重要的意义
网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）
