测量系统和控制系统电磁干扰机理和抑制措施项目摘要

传导干扰可分为共模(CM)干扰和差模(DM)干扰。由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，开关电源在其输入端(即交流电网侧)产生较大的共模干扰和差模干扰。

开关电源、中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究;但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同的干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。

传导干扰可分为共模(CM)干扰和常模(DM)干扰。由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，开关电源在其输入端(即交流电网侧)产生较大的共模干扰和常模干扰。

变换器工作在高频情况时，由于dvldt很高，激发变压器绕组间以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生共模干扰。

根据共模干扰产生的原理，实际应用时常采用以下几种抑制方法:

(1)优化电路元器件布置，尽量减少寄生、糯合电容。

(2)延缓开关的开通、关断时间，但这与开关电源高频化的趋势不符。

(3)应用缓冲电路，减缓dvldt的变化率。变换器中的电流在高频情况下作开关变化，从而在输人、输出的滤波电容上产生很高的dvl巾，即在滤波电容的等效电感或阻抗上感应出干扰电压，这时就会产生常模干扰。故选用高质量的滤波电容(等效电感或阻抗很低)可以降低常模干扰。

辐射干扰又可分为近场干扰[测量点与场源距离<λ/6(λ为干扰电磁波波长)]和远场干扰(测量点与场源距离>λ/6)。由麦克斯韦电磁场理论可知，导体中变化的电流会在其周围空间产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场。两者都遵循麦克斯韦方程式。而这一变化电流的幅值和频率决定了产生电磁场的大小以及其作用范围。在辐射研究中天线是电磁辐射源，在开关电源电路中，主电路中的元器件、连线都可以认为是天线，可以应用电偶极子和磁偶极子理论来分析。分析时，二极管、开关管、电容等可看成电偶极子;电感线圈可以认为是磁偶极子，再以相关的电磁场理论进行综合分析就可以了。

需要注意的是，不同支路的电流相位不一定相同，在磁场计算时这一点尤其重要。相位不同，一是因为干扰从干扰源传播到测量点存在时延作用(也称迟滞效应);二是因为元器件本身的特性导致相位不同。如电感中电流相位比其他元器件要滞后。迟滞效应引起的相位滞后是信号频率作用的结果，仅在频率很高时作用才较明显(如GHz级或更高);对于功率电子器件而言，频率相对较低，故迟滞效应作用不是很大。

在开关电源产生的两类干扰中，传导干扰由于经电网传播，会对其他电子设备产生严重的干扰，往往引起更严重的问题。常用的抑制方法有缓冲器法，减少搞合路径法，减少寄生元件法等。近年来，随着对电子设备电磁干扰的限制越来越严格，又出现了一些新的抑制方法，主要集中在新的控制方法与新的无源缓冲电路的设计等几个方面。

干扰是根据开关频率变化的，干扰的能量集中在这些离散的开关频率点上，所以很难满足抑制电磁干扰(EMI)的要求。通过将开关信号的能量调制分布在一个很宽的频带上，产生一系列的分立边频带，则干扰频谱可以展开，干扰能量被分成小份分布在这些分立频段上，从而更容易达到EMI标准。调制频率控制就是根据这种原理实现对开关电源电磁干扰的抑制。

最初人们采用随机频率控制，其主要思想是在控制电路中加入一个随机扰动分量，使开关间隔进行不规则变化。则开关噪声频谱由原来离散的尖峰脉冲噪声变成连续分布噪声，其峰值大大下降。具体办法是，由脉冲发生器产生两种不同占空比的脉冲，再与电压放大器产生的误差信号进行采样选择产生最终的控制信号。

但是，随机频率控制在开通时基本上采用PWM控制的方法，在关断时才采用随机频率，因而其调制干扰能量不便控制，抑制干扰的效果不是很理想。而最新出现的调制频率控制很好地解决了这些问题，其原理是，将主开关频率进行调制，在主频带周围产生一系列的边频带，从而将噪声能量分布在很宽的频带上，降低了干扰。这种控制方法的关键是对频率进行调制，使开关能量分布在边频带的范围，且幅值受调制系数β的影响(调制系数β=△f/fm，△f为相邻边频带间隔，fm为调制频率)，一般β越大调制效果越好。

开关变换器中的电磁干扰是在开关管开关时刻产生的。以整流二极管为例，在开通时，其导通电源不仅引起大量的开通损耗，还产生很大的dvl巾，导致电磁干扰;而在关断时，其两端的电压快速升高，有很大的dvl巾，从而产生电磁干扰。缓冲电路不仅可以抑制开通时的dvldt、限制关断时的dvl白，还具有电路简单、成本较低的特点，因而得到广泛应用。但是传统的缓冲电路中往往采用有源辅助开关，电路复杂不易控制，并有可能导致更高的电压或电流应力，降低了可靠性。因此许多新的无源缓冲器应运而生。

(1)利用屏蔽技术减少电磁干扰。为有效的抑制电磁波的辐射和传导及高次谐波引发的噪声电流， 在用变频器驱动的电梯电动机电缆必须采用屏蔽电缆，屏蔽层的电导至少为每相导线芯的电导线的 1/10，且屏蔽层应可靠接地。控制电缆最好使用屏蔽电缆；模拟信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线；不同的模拟 信号线应该独立走线，有各自的屏蔽层。以减少线间的耦合，不要把不同的模拟信号置于同 一公共返回线内；低压数字信号线最好使用双屏蔽的双绞线，也可以使用单屏蔽的双绞线。模拟信号和数字信号的传输电缆，应该分别屏蔽和走线应使用短 。

(2)利用接地技术消除电磁干扰。要确保电梯控制柜中的所有设备接地良好，而粗的接地线．连接到电源进线接地点(PE)或接地母排上。特别重要的是，连接到变频器的任何电子控制设备都要与其共地，共地时也应使用短和粗的导线。同时电机电缆的地线应直 接接地或连接到变频器的接地端子(PE)。上述接地电阻值应符合相关标准要求。

(3)利用布线技术改善电磁干扰。电动机电缆应独立于其它电缆走线，同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，以减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰； 控制电缆和电源电缆交叉时，应尽可能使它们按 90°角交叉，同时必须用合适的线夹将电机电缆和控制电缆的屏蔽层固定到安装板上。

(4)利用滤波技术降低电磁干扰。利用进线电抗器用于降低由变频器产生的谐波，同时也可用于增加电源阻抗，并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的尖峰电压。进线电抗器串接在电源和变频器功率输入端之间。当对主电源电网的情况不了解时，最好加进线电抗器。在上述电路中还可以使用低通频滤波器(FIR 下同)，FIR 滤波器应串接在 进线电抗器和变频器之间。对噪声敏感的环境中运行的电梯变频器， 采用 FIR 滤波器可以有效减小来自变频器传导中的辐射干扰。

(5)照明线干扰、电机反馈的干扰过大、系统电源线受干扰的现场，通过以上各种接地无法消除通讯干扰，可以使用磁环对干扰进行抑制，按以下方法顺序进行增加磁环，通讯恢复正常为止： 1、如照明的两根电源线同时断开如通讯恢复正常，请在控制柜下照明的两线上增加一磁环，缠绕3 圈（孔径20到30，厚10，长20左右的磁环）。如断开照明线并无效果说明照明线并不干扰通讯，不作处理。 2、在通讯线C+、C-上从主板出线处增加一磁环，缠绕一圈。注意只能缠绕一圈，多缠后轿厢通讯显示会变好但轿厢传来的有效信号大部分滤掉，造成轿厢内选登记不上。3、在主板输出给轿厢、呼梯的24V电源和0V地线上增加一磁环缠绕2到3圈。 4、在运行接触器与电机之间三相线各加一磁环缠绕一圈 。 经过以上方法增加磁环后能处理现场的电源、电机、照明干扰。

(6) 磁环材料的选择: 根据干扰信号的频率特点可以选用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体，以选用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体， 前者的高频特性优于后者。前者的高频特性优于后者。锰锌铁氧体的磁导率在几千---上万，而镍锌铁氧体为几百---上千。铁氧体的磁导率的磁导率越高，其低频时的阻抗越大，高频时的阻抗越小。 阻抗越大，高频时的阻抗越小。所以，在抑制高频干扰时，宜选用镍锌铁氧体； 用镍锌铁氧体；反之则用锰锌铁氧体。 或在同一束电缆上同时套上锰锌和镍锌铁氧体，这样可以抑制的干扰频段较宽。磁环的尺寸选择: 磁环的内外径差值越大，纵向高度越大，其阻抗也就越大，但磁环内径一定要紧包电缆，避免漏磁。 磁环的安装位置: 磁环的安装位置应该尽量靠近干扰源，即应紧靠电缆的进出口。