电磁辐射传播途径范文

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1.引言

众所周知，研究电磁兼容主要研究三个方面，电磁干扰源，扰对象，传播途径等等[1]。pcb作为元器件的载体，他的性能将直接影响设备的好坏。只有这三要素同时满足时，电磁干扰才能发生。所以要解决电磁干扰问题时，必须对症下药，消除其中某个因素，就可以达到抑制电磁干扰的效果。

2.印制电路板的电磁环境分析

电磁辐射由空间中的电能量和磁能量两部分组成，如正在发射讯号的射频天线所发出的移动电荷，便会产生电磁能量。从电磁频谱来看，电磁辐射包括低频电磁辐射和高频电磁辐射。两者之间还有无线紫外光、红外线、电波、可见光和微波等。电磁辐射干扰对于电路板正常工作是不可估量的。

3.3 接地在电路板中设计的应用

（1）尽量减小地线阻抗。减小地线阻抗的一个有效办法是将多根导线并联。例如当两根导线并联时，其总电感L为：式中：，分别为两根导线的自感；为两根导线间的互感。

（2）正确选择单点、多点或混合接地。当信号工作频率小于1MHz时，可以采用单点接地。并联单点接主要应用在低频电路中，但是导线过多。串联单点接地主要用在对同类电路或相互干扰较少的电路。多点接地主要适用于高频电路多点接地。混合接地结合了单点接地和多点接地的特性，将设备低频部分就近单点接地，高频部分采用多点接地。

为此，可以针对不同的信号频率及干扰性质，根据系统的结构和功能，采用相应的接地方式，将接地、屏蔽及滤波等措施结合使用。

利用Ansoft Designer对其进行分析，对其E场分布图和近场H 场分布图进行分析可知：发现其存在比较严重的电磁干扰，主要是由于元器件的不合理布局造成的。

因此我们需要从新考虑布局。所以在设备研制初始阶段就开展预测分析和设计，并全面规划实施。把电磁兼容性设计和可靠性设计与产品的基本功能结构设计同时进行，并行开展，在具体的工作中结合实际进行合理的应用。

参考文献

[1]张艳丽，安琪，王砚方.PCB板时钟电路的电磁兼容设计[J].计算机仿真，2004（9）.

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一、移动通信基站及电磁辐射

1.电磁辐射在人们生活中不可避免，长被人们称之为电子烟雾，它是由空间共同移送的电能量和磁能量组成的，由电荷的移动产生的能量。而移动通信正是依赖电磁辐射来实现传播的。电磁辐射对于人们生活的影响很大，有很多人也都为此苦恼，移动通讯在给人带来便利的同时，对人们生活环境和人的身体健康的影响极大。

2.电磁辐射会照成电磁污染，当电磁辐射超出人体和环境的影响的范畴，就会产生极大的危害。电磁辐射对于身体的危害主要分为三方面，其一就是所谓的非热效应，人体的器官都是处于一个相对平衡的状态。而电磁辐射则会改变这种平衡关系，人体的器官和身体细胞会受到损伤。其二是热效应，人体的主要组成成分是水，当水分子吸收电磁辐射之后，相互碰撞，温度不断提高，温度的升高会对人体中的蛋白质和DNA结构产生影响，严重的能够引起细胞突变。其三就是累积效应，现在的生活中，到处都有着电磁辐射，当电磁辐射对你身体的伤害还没有完全恢复之前，就在此受到伤害，长此已久，人受到的伤害会越来越重。

3.移动通讯系统往往由移动台、基站、移动交换中心以及与市话网络相连接的中继线等组成。移动通讯的特点是信息交流的双方至少有一个处于移动通讯收发状态，它依赖电磁波的传播，所以一些恶劣的条件会影响通讯信号。并且移动信号与信号之间有干扰，常会出现紊乱的现象，经过人们研究，移动通信设备使用了自动功率控制电路，就是人靠近基地站的时候他的发射功率自动降低，而远离的时候则会自动升高。

二、基站电磁辐射的评价标准及监测方法

1.基站就是无线电台的一种，它主要是作为信息的中转，也就是信号的收发，它连接着移动电话和移动通讯网络。基站是固定在某一个地方的高功率多信道双向的无线电发射工具，当你用手机打电话的时候，民众手机上发出和接受的信号都会通过附近的移动基站，通过移动基站，会把你的电话接入无线网路中，为了避免信号的相互干扰，往往不同区域的信号高低不同，就好像蜂窝一样，因此通讯系统又被成为蜂窝系统。

2.移动基站的电磁辐射主要来源于三个方面，其一是发射机本身的电磁泄漏，基站一般建设的都比较高，距离地面比较远，其对于地面上的辐射强度小。其二是发射天线的信号发射，发射天线一般建设在离地五十米以上的塔楼上，他们的发射能量有限。其三是高频电缆和接头处，但是接头处一般都有着特殊的防护。但是那些建设在高楼楼顶的发射基站对于那些居住距离楼顶比较近的人，危害还是很大的。

3.当今社会对于电磁辐射越来越重视，移动通信方面不能马虎，移动通信对于基站电磁辐射的检查时刻都不能松懈，电磁辐射如果泄露严重，对于人和环境影响都是巨大的。对于电磁辐射监测一般都是定期进行，一般都是固定的某一个时间段固定的地点进行不间断的监测，防止电磁辐射对于人们的危害，把电磁的辐射控制在一个安全的范围。

三、基站电磁辐射的防护

1.安全防护距离是指符合我国对于电磁辐射防护规定的公众照射限值和电磁辐射的管理规定。由于发射天线有着方向性，所以对于不同方向上电磁辐射程度不同，对于电磁辐射的防护力度应该也有所不同，并且发射天线与空间某一点的最小距离也要控制好。如果这这些因素无法改变，那么就应该对防护人员进行个体防护。

2.想要减少电磁辐射对于环境的污染，可以有三种防护措施，防护措施主要是干扰源的改变、干扰传播途径、减少敏感设备。对于移动通讯中的电磁辐射的防护，主要是对干扰源的合理建设采取一些有效的措施。

四、结束语

移动通讯的应用现今越来越普遍，在生活中必不可少。人们逐渐意识到电磁辐射对于环境和人体的危害和影响，民众应该更好的去了解相关的知识，正确的看待电磁辐射，适当进行防护。通过移动通讯电磁辐射对于环境方面的影响的研究，让民众对于电磁辐射有了更深的了解。对于移动信息基站建设的一些防护措施进行了简略的探讨。

参 考 文 献

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中图分类号：X3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（b）-0069-01

现代社会已经进入信息化时代，随着计算机等各种高科技电气设备的增加，各种无线电技术的应用也逐渐广泛起来，卫星导航、电台、手机等的应用进入到千家万户，给人们带来方便的同时，也带来了电磁辐射方面的污染，长期使用这些设备会造成人体的免疫力下降，带来很多问题，因此，电磁辐射已经成为当今的四大公害之一。

1 电磁环境及电磁辐射源

所谓电磁环境是指在我们生活中所有的电磁设备的总和，这些设备的总和包括自然和人为两个方面，静态和动态两个基本的特征。[1]这种电磁辐射主要是由于不同电波之间的联系造成的。当电波的赫兹增大的时候，电磁波就会通过空气给周围的环境带来很大的影响，人长期在这种环境中生存，会对健康十分不利。一般来说，电磁辐射有两种，自然的电磁辐射主要是指自然界中的污染，比如闪电、火山等，这种情况会直接影响广大的用电地区，对其造成干扰，在我国就有被雷击的现象发生的事故。而人为的因素主要是指生活中的一些先进的电气设备，比如广播电视台、手机信号塔等，这些无线设备发出的电波会给生活带来困扰，甚至对当地的饮水带来危险，因此做好电磁环境的处理工作，抵制电磁辐射，是我们生活中必须关注的关键。

1.1 电力系统

现代社会经济的发展，越来越多的电气设备进入千家万户，而由于电荷作用的影响，电网的发展速度也很快，高压电路和一些无线的电磁波日益增多，这些增多的电气设备直接造成了我们生活的环境成为了电磁辐射环境，在生活的时候，会给临近地区产生严重的影响。

1.2 广播、电视发射系统

我们周围的广播和电视信号系统是主要的电磁辐射来源，为了生活的方便，这些大型的无线设备多建立在城市之中，在居民区形成很强的磁场，造成电磁辐射污染。

1.3 移动通信系统

手机的普遍使用带来了无线移动通信设备的发展，而这种移动通信基站是一个很强的辐射源，而且为了防止周围的干扰，辐射的高度在逐渐减低，上网的系统也逐渐增强，因此，各种的分布使得电磁辐射的范围更大，给生活造成了严重的威胁。

1.4 交通运输系统

我国的交通运输行业的发展迅速，但很多的交通运输系统也带来了辐射的威胁，特别是一些无轨电车和地铁进入我们的生活，更多的电磁辐射被制造出来，我们的生活已经成为一个很强的辐射范围，在这种范围下，人们的精神状态也会受到影响。

1.5 工业、医疗科研高频设备

除了以上几种辐射源之外，在医院和工业场所的辐射源更贴近人们的生活，医院里的x光具有很强的辐射，而一些工厂里的先进设备对人的身体会有很大的影响。

2 电磁辐射污染的危害

众所周知，城市中这些污染源会给健康带来危害，但由于这些污染源具有很强的作用，是生活中必不可少的，即使会产生更多的化学和物理作用，也要保留部分功能，而唯一可以采取的办法是进行改造工程，使其的辐射点降低，从而提升安全系数。

2.1 对无线电信号和通信系统的干扰

大功率无线电发射机产生的电磁干扰，可使附近的通信、广播、雷达导航、电视接收机的信噪迅速下降而无法工作。另外，雷电电磁脉冲每年都要酿成火灾、通信中断、电器设备毁坏等一些严重后果。

2.2 对武器装备的危害

军事上所用的无线电发射机和雷达能产生很强的电磁辐射场。这种辐射场能引起武器装备系统中的灵敏电子引爆装置提前启动，对制导导弹会偏离飞行弹道。国内外都发生过飞机偏航、坠毁或意外投弹的事故，而这些都是由于机载电子设备的干扰而引起。

2.3 对计算机系统潜在的危害

随着计算机应用的不断广泛，计算机系统已成为信息系统的重要存储库。但计算机在运行中会产生微弱的电磁辐射，如果这很小的泄漏被高灵敏度的接收系统接收，就会造成不可想象的极大损失。

2.4 对人体的危害

大量文献表明，低频电磁场可以明显影响人的植物神经功能，使其发生紊乱，表现为疲劳、神经衰弱、忧郁等症状；高频辐射对人体是引起中枢神经系统的机能障碍和以交感神经疲乏、紧张为主的植物神经紧张失调的主要作用，主要表现为头昏脑胀、记忆力减退、失眠多梦临床症状等。[2]

3 电磁辐射污染的主要防护措施

电磁污染的传播途径有两种，一是通过空间直接辐射，二是借助电磁耦合线路传导。环境而言，防辐射重点是空间隔离方式，主要是将电磁辐射的强度减小或是降低到一定的范围之内，目前，对电磁辐射污染主要有以下几种防护措施：屏蔽辐射源、吸收防护、射频接地、采取综合性防治措施。[3]

3.1 屏蔽辐射源

采取各种措施，降电磁波控制在一定的范围内。主要是利用屏蔽材料对电磁波进行反射与吸收，使传递到屏蔽材料上的电磁波一部分被反射，又有一部分被屏蔽材料吸收，让能透过屏蔽体的电磁强度大幅衰减，从而减少对人以及环境的损害。

3.2 吸收防护

利用某些物质构成电磁波的吸收部件，分为谐振吸收部件和匹配性吸收部件。

3.3 射频接地

将屏蔽体或屏蔽部件内由于感应生成的射频电流迅速导入大地，使屏蔽体不致成为射频的二次辐射源，以保证高频率的屏蔽作用，达到安全并实用的目的。

3.4 采取综合性防治措施

国家要制定并执行电磁辐射安全标准，对产生电磁波的工业设备产品提出严格的设计指标，要尽量减少电磁设备外漏情况，为防护电磁辐射提供良好条件；加强城市规划，实行区域控制，工业隔离布局，使电磁辐射源远离居民区；同时加强设备管理以及环境的整治。

4 结语

总而言之，现代社会，电磁环境对人的影响非常大，而随着更多现金技术的产生，我国的电磁环境会变得更加复杂，为了更好地进行无线沟通，我们需要采取一定的措施，解决这一问题。因此，加强电磁辐射污染的保护，做好其治理和检测工程，应该成为人们生活的共识，需要高度重视。

参考文献

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1)振动的产生与传播机理轨道交通振动主要是由车轮与钢轨的相互作用而产生，行驶中的列车。通过轮轨接触点引起钢轨周期性的上下振动，再从道床传入地面，这是轨道的一种基本振动;当车轮经过钢轨接缝处或钢轨表面出现磨损时，车轮撞击这些不连续部位就会在垂直速度上产生瞬时变化，这一变化可导致轮轨接触点激发出巨大的力，从而激励车辆和钢轨振动，这是一种冲击振动。轨道交通列车在地下行驶时，将会引起隧道振动，这种振动能通过地下土壤传送到轨道交通附近的建筑物内，将再次引起结构物的振动(如图1所示)。这种振动干扰不仅对地铁沿线民宅、学校和医院产生不良影响，而且可能对沿线基础较差的建筑物造成损害。振动波在土介质中的传递过程，其作用机理及传播特性与地震基本相同。这些振动波遇到自由界面时，在一定条件下重新组合，形成一种弹性表面波，随着离振源距离的不同，它们之间的能量也在改变。地面段的地表振动是列车行驶时轮轨相互撞击产生振动图1地铁振动产生与传播示意的直接结果。轮轨撞击以振动的方式传向道床，再经道床传向大地。列车行驶在高架桥上，轮轨撞击造成的振动向轨枕、道床及各种构件传递振动能量，从而激发跨梁和墩台也发生振动，并通过桥墩引起地表振动向外传播。2)振动源强隧道振动的强弱主要取决于隧道的结构与重量、行车速度、轮轨表面磨损程度及隧道周围的地层状况。据调查，隧道加重一倍，其振动可减小5dB;车轮表面磨损严重时，能使隧道振动增加10dB，并使高频振动成分增加。经测试，隧道底面的最大振动级发生在250Hz附近，由于隧道周围地层对高频振动的吸收，所测得的地表振动频率以63.5Hz为最高。苏州地铁轨下振动源强类比国内已建成地铁振动源强给出(见表3)。地下线在车速为45km/h，距线路1m处Z振级为85dB;地面线在碎石道床条件下，车速为45m/h，距线路1m处Z振级为100dB。

苏州轨道交通一号线电磁辐射发生源分为固定污染源、流动污染源和通信系统电磁辐射污染源。1)固定污染源固定污染源主要是苏州乐园站和星明街站附近的两座主变电站(110kV/35kV)。2)流动污染源列车受电弓在接触网的导线上滑动时，由于接触电阻的变化产生电平相对稳定的频带很宽的无线电干扰电波;由分离开的一系列脉冲产生连续噪声，该脉冲系列的出现是随机的，其周期也有长有短，这类噪声是在一般正常运行速度下产生的，此类成份随速度的提高而增加;因振动或接触导线有不光滑的地方，滑板和接触导线之间经常出现部分接触不良并形成火花放电，产生孤立的脉冲干扰电波。滑板与接触导线间的射频干扰电流沿接触网传播并向空间辐射，其电磁辐射的影响将随列车的运动、其地点变换和时间而变化。3)通信系统电磁辐射污染源苏州轨道交通一号线无线通信系统对周围环境的电磁辐射污染影响主要是450～460MHz或806～821MHz频段、150/280MHz频段和900MHz/1800MHz频段的电磁波辐射。2.4景观环境苏州市是著名的历史文化名城和国家重点旅游城市，其建筑物具有鲜明的江南水乡特色。苏州古城坐落在水网之中，街道依河而建，水陆并行，建筑临水而造，前巷后河，小巧秀美，形成“小桥、流水、人家”的独特风貌。如何将散布于城市中的车站和风亭等建筑物，尤其是建于公园等旅游点和风景点附近的建筑物和周围景观和谐地统一起来，也是本工程的主要环境问题之一。地铁风亭、声屏障等建筑物如设计不当，将造成景观障碍，从另一个角度看，若这些建筑物的设计能反映苏州江南水乡的风俗民情特点，将建筑物融入所处环境中，亦能形成新的城市景观小品，起到美化城市的效果。

主要环境问题防控对策

1噪声污染防治措施

降低噪声、减小振动主要是通过衰减振源、避免结构共振、隔离传播途径、吸声等方法进行，应根据不同的防治目标确定最佳的防治措施。3.1.1声源治理措施对于轨道交通系统来说线路防振降噪和机车防振降噪两个方面是有一定限度的，从振源及声源进行控制是根本途径。为此，苏州轨道交通一号线从规划设计上着手，采取了下列控制声源的措施。全线正线、出入段线、试车线铺设无缝线路，可有效降低列车运行噪声源强。在风亭风机的风道中设置片式消声器，平均降噪量按20～25dB设计，风亭口排放噪声按《城市区域环境噪声标准》控制;选用低噪声冷却塔，风口朝向背离敏感建筑。合理布置车辆段的高噪声设备和车间的位置，并采取必要的消声减振措施。3.1.2设置声屏障城市轨道交通噪声传播的主要媒介是空气。控制噪声传播途径的基本原理是在噪声传播过程中，在声源和接受点之间设置声屏障，可明显干涉声波传播，避免声直达，使受声点只接受透射声和绕射声，并可利用屏障本身所具有的吸音性能在传播途径中消耗声能量，以降低接受点的声能强度。根据环评报告所确定的噪声敏感区，苏州轨道交通一号线声屏障设计范围为灵天路至车辆段两侧以及试车线西侧的居民楼。结合沿线的敏感建筑物高度、距离线路的位置、列车声源的位置及噪声标准要求，采用直立式全封闭声屏障。其中5.5m高的声屏障，从下部往上3.0～4.0m部分设置为透明部分，其余为吸声板，顶部为透明耐力板(抗紫外线聚碳酸酯板)。声屏障吸声部分采用波浪型吸声板，颜色和周围环境相协调，使轨道交通噪声声源通过声屏障两侧端辐射或绕射至受声点的声级值比通过声屏障顶端绕射后到达受声点的声级值低10dB(A)以上。根据有关部门测量结果，苏州一号线投入运行后，敏感地段噪声都没有超标。

2振动污染防治措施

2.1振动源减缓措施苏州轨道交通一号线设计针对轨道的振动源、振动路径采取了减振及隔振处理，使列车在运行中引起的振动得到有效的衰减，满足环保要求，体现了地铁“以人为本”的设计理念。①钢轨接头是产生轮轨冲击的主要因素之一，全线正线、出入段线、试车线采用重型钢轨无缝线路和双层橡胶垫板的弹性分开式扣件，以减少轮轨间的冲击，起到减振、减噪的作用，可以达到一定减振效果。②为减小梁轨作用力，在梁端，扣件的轨下垫板采用复合胶板;在梁中部，扣件的轨下垫板采用普通橡胶垫板。③根据环保要求，采取分级减振措施。一般减振地段(减振要求＜5dB)采用弹性减振扣件，较高减振地段(减振要求＜10dB)采用轨道减振器扣件减振。④控制轨道不平顺是降低轮轨之间振动与噪声的有效措施，加强轨道不平顺管理，制定严格的养护维修计划，定期对钢轨顶面不平度进行打磨、车轮镟圆，使轨面平顺，轮轨接触良好，以减少振动和噪声。测试结果表明:钢轨打磨后，在振动频率为8～100Hz范围内，振动水平下降4～8dB，站台上的振动水平下降5～15dB。2.2轨道减振措施苏州轨道交通一号线为了轨道减振，采取了下列措施:①轨道专业的减振措施以敏感点所在功能区标准为依据;②本工程预测振动超标值不大，对环评预测的控保建筑，采用轨道减振器扣件可降低振动10dB左右;③对所在功能区，按1类标准预计白天振动超标的地区采用轨道减振器扣件降低振动、固体声的影响;④两线交叉地段的减振问题是各城市轨道交通网络化建设之后带来的新问题，为避免两线间的相互振动空腔放大作用，减小两线间的振动相互干扰，减少两结构之间的动荷载传递，应采取轨道减振器扣件减振。2.3全线减振措施①道岔采用可焊接的9号曲线型尖轨道岔，消除接头;②对钢轨顶面不平度进行打磨，使轨面平顺，轮轨接触良好，以减少振动和噪音;③小半径曲线钢轨侧面涂油，不仅可减少钢轨侧面磨耗，也可减少由摩擦和不均匀磨耗引起的轮轨振动与噪声;④轨道施工时，严格控制施工技术标准，对轨道进行经常性的养护维修，保持其良好状态，保证列车运行平稳。苏州轨道交通一号线设计采用轨道减振器扣件减振，可以使轨道交通沿线基本达到1类居民、文教区标准。采用轨道减振器扣件减振的轨道长度为单线13742m。对沿线有较高减振和特殊减振地段，分别采用了轨道减振器扣件和钢弹簧浮置板道床减振。

3电磁辐射污染防治措施

①主变电站110kV高压进线采用地下电缆，考虑土壤及电缆自身绝缘的屏蔽作用，可有效防止高压输电线的电磁辐射影响;②变电站采用户内型，变电设备置于室内，房屋建筑可以屏蔽一部分电磁辐射，避免阴雨天的高压放电;③高架线路接触网接头尽量避免设置在居民住宅附近，以降低受电弓离线打火对居民电视收视效果的影响。

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1、综合显示系统电磁兼容设计

直升机的综合显示系统一般由多功能显示器、显示控制处理机、多功能键盘组成。多功能显示器的功能是进行飞行参数的显示，显示控制处理机的功能是处理其他系统与综合显示系统的交联数据，多功能键盘的功能是进行参数设定，对综合显示系统的电磁兼容设计即主要针对这三个部件。

1.1电磁屏蔽设计

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射，具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

多功能显示器大多为板式组合结构，这种结构一般由基架、板和紧固件组成。由于板与基架、板与板交界处的接触不可能达到理想的面接触（实际上都是点接触），因而必然存在缝隙，这些缝隙就为电磁干扰提供了耦合途径，由此产生的辐射干扰波的形式呈直线发射状，为了阻断这种途径，可以把连接处加工成台阶式结构，即把仪表板安装多功能显示器处加工成台阶式下陷，然后把多功能显示器嵌入进去，这样可以最大程度的起到电磁屏蔽的作用，同时在装配接触面上使用特制的导电胶涂敷，增大导电接触面积，达到面接触的目的，再者，窗口式结构是多功能显示器所独有的特点，这是由它本身的工作性质所决定的，但这种结构对该产品的电磁兼容性有着极大的负面影响，其原因显而易见，窗口使得多功能显示器的金属结构不再连续，整体导电性也被破坏，给电磁干扰的传播提供了便利条件。为了避免或降低这种负面影响，我们现在的直升机上采用了一种材料-ITO导电膜，它的电阻很低，可见光（波长：380～780nm）的透过率高达90%以上，对可见光的反射率小于l%，在显示区域贴装ITO导电膜基本上不影响多功能显示器的光电指标。随着IT0导电膜的使用，产品的整体屏蔽性能得到了明显的改善。

1.2机箱电磁兼容设计

电子设备所产生的电磁能量和外部空间电磁能量主要通过机箱盖板、机箱面板安装的电连接器和其它器件泄漏，必须对机箱电磁兼容设计给予充分重视。

显示控制处理机由壳体与盖板构成，为提高机箱壳体与盖板之间的导电性能和两者之间的配合精度，使两者之间的间隙尽可能小，可以安装导电胶条，使其达到更好的电磁兼容效果，而且显示控制处理机的壳体应设计成四周封闭式结构，这种环型的封闭结构设计可以一定程度上防止电磁泄漏。多功能显示器和显示控制处理机机箱也可以直接采用具有滤波器功能的电连接器，这种方法非常适合于航空电子产品。多功能显示器应尽可能采用软磁性材料作为整机外壳，切断电磁干扰的传播途径，提高多功能显示器的电磁兼容性。

1.3搭接设计

“搭接”是指在两金属表面之间建立低阻通路，在结构上设法使射频电流的通路均匀，避免在金属件间产生电位差从而造成干扰。

某型机显示控制处理机采用单点搭接方式，即显示控制处理机机箱外壳通过一搭铁线与设备架底架相连，显示控制处理机外壳的静电可以通过搭铁线传给设备架，然后传给大地，消除多余的静电荷，这一设计避免了静电荷在显示控制处理机表面的积累所产生的电磁干扰，提高了显示控制处理机的电磁兼容特性。

另外多功能显示器是比较大的干扰源，我们可以在多功能显示器金属外壳与仪表板之间采用搭铁线的方式进行搭接，建议在仪表板的前表面进行搭接，这样方便多功能显示器的拆卸与安装。

1.4电路设计

在元器件的电源和地之间加去耦电容，可以为元器件提供一个从电源到地的动态低阻抗通路，使元器件减小了从电源获取高速电流时局部产生的电压降，提高了元器件工作可靠性。同时，更重要的是该种设计减小了高变化率电流流通的导线长度，从而降低了高速电流电磁辐射强度。

2、电磁兼容设计应用实例

（1）在某出口武装型直升机中曾出现过多功能显示器干扰机通的故障，故障现象为打开多功能显示器开关，机通耳机会出现噪音，关闭多功能显示器开关，机通耳机内噪音消失，这说明多功能显示器对机通产生了电磁干扰。这是由于机通控制盒与多功能显示器都安装在仪表板上，且安装位置相对较近，所以相互之间容易产生电磁干扰。本例中干扰源为多功能显示器，受干扰源为机通控制盒，由于多功能显示器的内部电路板上有很多微处理器以及微控制器的时钟电路和脉冲电路产生的离散量高频信号都有可能对机通控制盒产生干扰，产生的电磁干扰的传播途径为空间辐射干扰，多功能显示器通过空间辐射电磁能量而形成干扰，辐射干扰以电磁波形式传播辐射，机通控制盒这种设备本身就对电磁波有很高的敏感度，当它接收到这种辐射干扰时就会影响机内的通信。

解决这一故障的方法是在多功能显示器前部屏板的电路板电源与地之间接入一耦合电容。这一设计减小了电路板从电源获取高速电流时局部产生的电压降，降低了电路板电源产生的恒频电流产生的电磁干扰。

某型机也出现过类似的故障，故障为多功能显示器干扰机通的某些频段的通信，解决此问题的方法是更换多功能显示器机箱内模块的晶振，这在一定程度上更改了振动频率，也起到了电磁滤波的作用，降低了电磁辐射的产生。达到了理想的电磁兼容的效果。

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引言

变频器作为节能应用与无级变速控制中越来越重要的自动化控制设备，在生产生活中的应用越来越广泛。但变频器的运行总是受到来自外部电網、晶闸管等交直流互换元件、电力补偿电容造成的畸变波形电压、电流的干扰，造成设备自身失控、失灵。同时由于在开关模式与高速运行切换的运行状态，其产生的大功率高次谐波和耦合性噪声对同一电網及变频器系统的其它电子线路产生谐波和电磁干扰；其次因它自身非正弦波电路耦合波形的传播，造成电路系统输入电压产生畸变，使电網系统及电机设备无功功率增加，直接影响电網及负载运转特性；再次它通过感应方式将电磁波耦合到对周边邻近的电子等设备中，其感应电压、电流信号直接干扰电子设备的正常运行。上述原因均局限了变频器的实际应用范围，为此本文就变频器应用系统中干扰的成因及其传播途径进行讨论，提出了抗干扰的解决办法。

1.变频调速电气系统的主要电磁干扰成因及传播路径

1.1变频器的工作原理

变频器一般由整流部分、电容部分、逆变部分和控制部分组成。系利用半导体元器件的导通特性，将工频电流变换为直流电流，再经过电容滤波整流，再被逆变器转化成不同频率、幅度的钜阵波形，最后被控制器控制输出和叠加为近似正弦波的交流电，并驱动交流电动机运行。

我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：

n=60 f（1-s）/p （1）

式中n——异步电动机的转速；

f——异步电动机的频率；

S——电动机转差率；

P——电动机极对数。

由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

1.2变频器的电磁干扰成因及传播路径

电磁干扰是指变频器电气系统，在外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常是通过电路传导和以场的形式传播的。电網中大量的包含谐波源的电气负荷如：整流设备、非线性负载、电力补偿电容等，使电網中的电压、电流产生波形畸变，造成变频器出现过压、欠压及射频干扰，其主要表现为电網系统中有许多变频器输入、输出电流包含很多高次谐波。高次谐波挤占能源造成线路及设备无功损耗，并将部分能量传播出去，就形成对电气系统和变频器自身的污染性干扰源。变频器的整流桥对电網来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电網的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器逆变器技术的应用，由于其处于高速切换时，产生了大量耦合性噪声与谐波干扰。这些都直接对变频器电气系统内其他的电子、电气设备产生了电磁干扰源。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分为空间辐射干扰即传导、电磁辐射干扰、感应耦合。

1.2.1传导性干扰。电網中大量的包含谐波源的电气负荷输入电流波形呈现不连续>中击波形式，有很强的高次谐波，其占工频50HZ基波的70%～80%；其输出端波形为方形波形，接近正弦波，与载波频率相等，谐波分量较大。电力系统电压、电流因畸变产生干扰源，其电磁干扰通过与其相连的导线向外发射，同时也通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰谐波传导入其它电路。干扰谐波信号将沿着线路进入配电变压器和中压網络，并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电網络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。其传播的路程可以很远。

1.2.2电磁辐射性干扰。变频器的整流桥对电網来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电網的其它电子、电气设备产生谐波干扰。若变频器外部没有一个全封闭金属外壳进行屏蔽，其将通过空间向外辐射电磁波干扰。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的逆变桥大多采用PWM技术，当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换（dv/dt可达1kV/us以上）所引起的辐射干扰问题相当突出。若变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞，则辐射强度与干扰信号的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

1.3.3感应耦合性干扰。感应耦合干扰可以分为导体间的电容耦合形式、电感耦合形式或电容与电感混合形式。这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。当干扰源的频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。

2.谐波干扰成因及其途径

谐波引起电網中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。使电網中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。

谐波可以通过电網传导到其他的用电器，导致继电器等保护设置误动作或使电器仪表计量不准确，从而影响许多电器设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热、绝缘老化、寿命缩短，以至于损坏；还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。

3.电磁辐射干扰成因及其途径

电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。一般来讲，变频器对电網容量大的系统影响不十分明显，这也就是谐波不被大多数用户重视的原因，但对系统容量小的无线电和通讯系统，谐波产生的干扰就不能忽视。

4.解决干扰办法

形成电磁干扰须具备电磁干扰源、电磁干扰途径和对电磁干扰敏感的系统等要素。为防止干扰，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体办法为：

4.1

对干扰源进行隔离。将干扰源与易受干扰的部分隔离开来，单独布置使它们不发生电的联系。应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间以减少干扰。在变频调速传动系统中，通常是在信号源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

4.2滤波。变频器在运行中产生的高次谐波会对电網产生影响，可能造成电網压降很大、电網功率因数较低。一般的解决方法主要采用无功率补偿装置以调节功率因数，同时根据具体情况在电源进线端和接负载侧同时采取加装电抗滤波器，以尽量减少对电網的影响。增加输入输出滤波器，其主要是用电感线圈来构成，通过增大线路在高频阻抗削弱较高谐波，增加高频电容器件构成滤波器滤掉辐射能量的谐波；在输出端滤波器的电容器与电动机侧相接。

4.3屏蔽。屏蔽干扰源应尽量采取把变频器全封闭在金属壳内，并将金属外壳进行可靠接地，以减少通过空间对外辐射电磁波，降低对其他设备的干扰，特别是对电子线路和设备的干扰。另一方面，变频器采用了高性能的微处理器等集成电路，对外来的电磁干扰较敏感，会因电磁干扰的影响产生错误，对运行造成恶劣影响。外来的干扰通过从变频器控制电缆为媒介的途径侵入，所以在铺设电缆时必须采取充分的抗干扰措施。通常采取的措施为：模拟量控制线路必须使用屏蔽线，屏蔽层。靠近变频器一端应接控制电路的公共端。（COM）而不应接在变频器的接地（E）或大地，屏蔽层的另一端悬空。控制线与主设备线路分设，并不设在同一管路中，增加控制线外屏蔽层或屏蔽罩，并接地。

4.4接地。变频器金属外壳接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地端E应与大地良好的连接，当变频器和其他设备或多台变频器一起接地时，每台设备应单独与地连接，而不允许将一台设备的接地端和另一台的接地端连接后再接地，以减少空间的辐射和设备之间的相互干扰，使设备正常运行。增大变频器接地线的截面，其长度控制在20M以内。

4.5使用数字信息和光缆传输技术。当变频器的使用环境有严格限制或要求时，其主要控制电路可以采用数字控制电路和光缆传输技术，尽可能是减少干扰因素，达到传输精准，使用可靠的目的。

5.抑制谐波的对策

5.1增加变频器供电电源内阻抗，内阻抗越大，谐波含量越小，这种内阻抗就成为变压器的短路阻抗。

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1变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

1.1主要电磁干扰源

电磁干扰也称电磁骚扰（EMI），是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电；浪涌、跌落；尖峰电压脉冲；射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

1.2电磁干扰的途径

变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电磁辐射、传导、感应耦合。

1.2.1电磁辐射

变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术，当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换（dv/dt可达1kV/μs以上）所引起的辐射干扰问题相当突出。

当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞，则辐射强度与干扰信号的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

1.2.2传导

上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是：接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络，并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

1.2.3感应耦合

感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

2抗电磁干扰的措施

2.1隔离

所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

2.2滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。

2.3屏蔽

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

2.4接地

实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

单点接地指在一个电路或装置中，只有一个物理点定义为接地点。在低频下的性能好；多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它最近的接地点。在高频下的性能好；混合接地是根据信号频率和接地线长度，系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有专用接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发，必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻取值<100Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器，选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定，一般情况下采用为好。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。

2.5正确安装

由于变频器属于精密的功率电力电子产品，其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度-10℃，最高温度不超过50℃；变频器的安装海拔高度应小于1000m，超过此规定应降容使用；变频器不能安装在经常发生振动的地方，对振动冲击较大的场合，应采用加橡胶垫等防振措施；不能安装在电磁干扰源附近；不能安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污染的环境；不能安装在潮湿环境中，如潮湿管道下面，应尽量采用密封柜式结构，并且要确保变频器通风畅通，确保控制柜有足够的冷却风量，其典型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允许的温升值。

3变频控制系统设计中应注意的其他问题

除了前面讨论的几点以外，在变频器控制系统设计与应用中还要注意以下几个方面的问题。

（1）在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少可能产生的电磁辐射干扰。在实际工程中，由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独布置的位置，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间。

（2）变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护，但切记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将造成过电压而损坏内部元件。

（3）控制变频调速电机启/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器实现启/停。否则，频繁的操作可能损坏内部元件。

（4）尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之间必须的控制线外，其它如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24V直流电源，而生产厂家为了节省一个直流电源，往往用一个直流电源分两路分别对两个系统供电，有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰，所以在设计中或订货时要特别加以说明，要求用两个直流电源分别对两个系统供电。

（5）注意变频器对电网的干扰。变频器在运行时产生的高次谐波会对电网产生影响，使电网波型严重畸变，可能造成电网电压降很大、电网功率因数很低，大功率变频器应特别注意。解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节功率因数，同时可以根据具体情况在变频器电源进线侧加电抗器以减少对电网产生的影响，而进线电抗器可以由变频器供应商配套提供，但在订货时要加以说明。

（6）变频器柜内除本机专用的空气开关外，不宜安置其它操作性开关电器，以免开关噪声入侵变频器，造成误动作。

（7）应注意限制最低转速。在低转速时，电机噪声增大，电机冷却能力下降，若负载转矩较大或满载，可能烧毁电机。确需低速运转的高负荷变频电机，应考虑加大额定功率，或增加辅助的强风冷却。

（8）注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分，电机转矩中含有脉动分量，有可能造成电机的振动与机械振动产生共振，使设备出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后，利用变频器频率跳跃功能设置，躲开共振频率点。

4结语

以上通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。随着工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，满足实际需要的真正“绿色”变频器不久也会面世。

参考文献

［1］韩安荣.通用变频器及其应用（第2版）［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［2］吴忠智，吴加林.变频器应用手册［Z］.北京：机械工业出版社，1995.

［3］王定华等.电磁兼容性原理与设计［M］.四川：电子科技大学出版社，1995.

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引言

随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术、控制技术、网络技术、通信技术的日新月异，变频器和 PLC及现场总线在现代工业领域特别是烟草行业运用越来越广泛，但变频器电流谐波及高频电磁辐射的影响对控制回路特别是对现场总线的干扰应引起我们的高度重视，若处理不当，会影响我们的自动化生产。不知你发现了没有？有时网络掉线，查又查不出什么原因，后来又莫名其妙的会好，通过查阅一些资料，我总结了一些处理方法，现就这个问题与大家共同探讨。

一、变频器谐波成分的产生

变频器是一个干扰源：变频器干扰其它设备的根本原因是因为其输入和输出电流中含有高次谐波成分的原由。

1.变频器的输入电流

变频器的输入电流产生谐波分析：变频器的三相整流桥的输入电路如图1具有以下特点；因其输出侧是较高的直流电压。以交流侧线电压为380V为例，输出侧直流电压的平均值为513V。输入侧的电压瞬时值只有在超过直流电压之时，才有可能出现电流。显然输入电流是非正弦波如图2。其频谱分析的结果如图3所示。可以看出其5次谐波和7次谐波的成分是非常高的。这些高次谐波电流除影响其它设备形成干扰外，还对功率因数有影响。

由于变频器属于对称三相负载，故其谐波的次数没有偶数和三的倍数，为5，7，11，13，17，19，23，25，29，31，35，37，41，43，49，…

谐波的次数越高，幅值越小。任何高次谐波电流都是无功电流，以5次谐波为例分析每半个周期内“+”与“-”的瞬时功率之和正好相等，平均功率为0，因此电流中含有高次谐波成分时平均功率时比较低的，引起其减少的因子称为畸变因子，其倒数即为畸变率（THDI）。

2. 变频器的输出电压

决大多数逆变器都采用SPWM调制方式。其中正弦波是调制波，三角波是载波且是双极性的。输出电压为占空比按正弦规律分布高频脉冲矩形波如图4。这样的高频电压波可能对其它设备形成干扰。

3. 变频器的输出电流

尽管变频器输出电压是一系列的脉冲构成但由于电动机定子绕组的电感性质，故通入电动机的定子电流十分接近于正弦波。但输出电流中与载波频率相等的谐波分量仍是较大。

二、谐波的危害

1、电流谐波产生的功率损耗和干扰。

2、电源的电压畸变（电压谐波）。

3、功率因数的降低：输入相电流波形与相电压波形本来接近“同步”，相移角基本为零，而相移系数Cosφ=1。考虑因电流比电压滞后引起的平均功率减少功率因数为Cosφ。

4、对地漏电流产生的危害。

5、电磁感应和电磁辐射引起周围敏感设备的干扰，特别是对通讯设备，弱电控制线路，现场总线设备等的干扰。

三、谐波传布途径及谐波抑制方法

1.电路耦合引起的干扰

（1）传播途径

① 通过电源网络传播 这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。由于输入电流为非正弦波，当变频器的容量较大时，将使网络电压产生畸变。

② 通过对地漏电流传播 这是变频器输出干扰信号的主要传播方式。由于输出线路与地线之间存在着分布电容，变频器输出的高频脉冲电压通过分布电容流向大地的漏电流是比较可观的。漏电流又通过地线传播到其它设备。

（2）抑制方法

① 电源隔离 对于一些耗电量较小的仪器设备可通过隔离变压器和电网进行隔离，以防止窜入电网的干扰信号进入仪器。

隔离变压器是原、副方变比为1：1的变压器，但在原、副方绕组之间采取了良好的隔离措施。为了加强隔离效果，在变压器的原、副方电路中，还可以加接一些滤波器件如电容器等。

② 接入电抗器 接入电抗器不仅可以削弱谐波电流和电源电压不平衡，还可提高功率因数。电抗器分交流电抗器和直流电抗器。交流电抗器提高功率因数至0.75～0.85，直流电抗器提高功率因数至0.9以上

（a）可以安装位于进线侧的交流线路电抗器，或者位于直流侧的直流电抗器。

（b）同一电源网络中，有多台变频器或有大容量晶闸管设备时变频器应接入交流电抗器 ，这是因为变频器或有大容量晶闸管都是干扰源，可引起网络的电压波形将发生畸变，它们之间相互干扰或干扰其它设备。

（c）变频器容量不足供电变压器容量的1/10时，应接入交流电抗器。这是因为当变压器的容量相对较小时，变压器二次测绕组的电抗能够起到交流电抗器的作用。

（d）为获得等值的谐波抑制效果，加在直流侧的直流电抗器的电感值大致应等于交流测的交流电抗器的电感值的2倍。

③ 采用12脉冲波或18脉冲波

采用一个具有两组二次绕组的三相变压器，以组接成星形，另一组接成三角形如图5。则该两组二次绕组输出电压间的相位将互差30°，将该两个整流桥的输出侧并联，则并联后的电压波形具有12个脉波，结果会使直流电压明显的平稳，同时其输入电流的波形明显得以改善。

有关资料表明：6脉冲波整流时，电流失真率达88%；接入直流电抗器时，电流失真率达40%；12脉冲波整流时，电流失真率只有12%。

2.感应耦合引起的干扰

当变频器的输入电路或输出电路与其它设备的电路挨得很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其它设备中去

（1）传播途径

① 电磁感应方式 这是电流干扰信号的主要传播途径。由于变频器的输入输出电流中的谐波成分要产生高频磁场，该磁场的磁力线穿过其它设备的控制线路而产生感应干扰电流。

② 静电感应方式 这是电压干扰信号的主要传播途径。是变频器输出的高频电压波通过线路的分布电容传播给其它设备的控制电路。

（2）抑制方法

①合理布线 合理布线能够在相当大程度上消弱干扰信号，布线时应遵循以下原则：

（a）远离原则 干扰信号的大小与控制线和干扰源之间的距离平方成反比，因此现场总线等信号线应尽可能的远离变频器的输入、输出线。

（b）不平行原则 现场总线等信号线与变频器的输入输出线之间越平行互感较大，分布电容也越大，电磁感应和静电感应的干扰也越大，因此它们之间交叉时应垂直交叉。

（c）相绞原则 两根信号线相绞，能有效抑制差模干扰。这是因为两个相邻绞距中，通过电磁感应产生的干扰电流的方向是相反的。绞距越小效果越好。

② 采用屏蔽线 为防止外来的干扰信号窜入控制电路，控制电路应采用屏蔽线。当控制线和变频器相接时只需将屏蔽层其中的一端接到变频器的信号公共端即可。切忌切不可两端都接。若变频器的动力电缆带屏蔽层时两端都应接地。

3.电磁辐射引起的干扰

（1）传播途径

频率很高的谐波分量具有向空中辐射的电磁波的能力，从而对其它设备干扰。尤其对于通信设备的干扰更为严重。

（2）抑制方法

① 接入电抗器

（a）输入电抗器 可使输入电流的波形大为改善，可显著提高功率因数外。也非常有效的削弱输入电流中的高次谐波电流分量引起的电磁辐射的干扰。

（b）输出电抗器 变频器的输出侧一般不接电抗器，但接入输出电抗器可十分有效的削弱输出电流中的谐波成分。

② 正确接地 接地主要目的是安全，但的也具有把高频干扰信号引大地的功能。应注意以下几点。

（a） 接地线应尽量粗一些，接地点尽量靠近变频器。

（b）接地线应尽量远离电源。

（c）变频器所用接地线必须和其它设备接地线分开。

（d）变频器接地端子不能和电源的“零线”相接。

③ 接入滤波器

滤波器主要用于以滤波器主要用于抑制具有辐射能力的频率很高的谐波电流，窜接在变频器的输入和输出电路中如图6。滤波器有高频线圈和电容起组成。必须注意的是变频器输出侧的滤波器中，其电容器只能接在电动机侧，且应串入电阻，以防止逆变管因电容的充、放电而受到冲击。

无源滤波器可以将THDI降低到 16% 至10%的水准，而且，如果与电抗器结合使用的话，可以降低到5%。

这种方案从0.75kW到 500/630kW的变频器都可以适用。

④ 降低载波频率

变频器输出侧谐波电流的辐射能力、电磁感应和静电感应能力都和载波频率有关。适当降低载波频率对抑制干扰是有利的。

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中图分类号：TP802 文献标识码：A

0 引言

变频器内部由电子元器件、电力电子器件、计算机芯片等组成。一般运行于恶劣的电磁环境中，易受外界的电磁干扰，其输人侧和输出侧的电流、电压含有高次谐波。因此，变频器控制系统既要防止自身受外界干扰，又要防止其对外部设备产生干扰，即所谓的电磁兼容性EMC（ Electro Magnetic Compatibility）.国际电工委员会（IEC）对电磁兼容性的定义是：电磁兼容性是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。电磁兼容性有双重含义：设备或系统不仅应具有抑制外部电磁干扰的能力，而且所产生的电磁干扰应不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作[1]。

1 变频器控制系统的电磁干扰源

1.1 变频器的工作原理

要分析变频器的干扰源问题，首先要分析变频器的工作原理。如下图1所示，变频器的输人电路通常由二极管VD1～VD6全桥整流电路和直流侧电容器C1、C2、C3所组成，它将工频交流电整流为脉动直流电。再经过由C5、C6、R2、R3组成的滤波电路，将脉动直流电变为较平滑的直流电。之后再经过逆变电路，将直流电变为频率和电压可调的三相交流电。再这之前的制动单元电路用来消耗电动机制动过程中的回馈能量，加以保护变频器。

1.2 主要电磁干扰源

如下图2所示，对于变频器的输入侧，变频器的供电电源如果受到来自被污染的交流电网的干扰后，产生十分丰富的高次谐波，使电网电压发生畸变，电网噪声就会通过电源电路干扰变频器。电网对变频器的主要干扰有过压、欠压、浪涌、瞬时掉电、跌落、射频干扰、尖峰电压脉冲等。

对于变频器内部，变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的脉动直流电的电流波形随阻抗的不同相差很大。在电源阻抗比较小的情况下，其波形为窄而高的瘦长型波形，当电源阻抗比较大时，其波形为矮而宽的扁平型波形。它会对同一电网的电气、电子设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器工作于高速切换的开关模式，产生大量藕合性噪声。因此，变频器在这个控制系统中相当于一个电磁干扰源，会对其他的电气、电子设备产生干扰；对于变频器的输出侧，输出电压是正弦脉冲调制的高频脉冲列，通过线路的分布电容“窜入”其他电气电子设备产生干扰。输出电流是高频高次谐波，产生电磁辐射对其他设备有干扰。同时，谐波电压或电流会在电动机的定子绕组、转子回路以定子和转子铁芯中引起附加损耗。由于涡流和集肤效应，定子和转子内的附加损耗要比直流电阻引起的损耗大[2]。总的谐波损耗可用下式表示：

式中：为定子谐波铜耗；为转子谐波铜耗；为谐波铁耗和谐波杂质损耗；Isk为定子第k次谐波电流有效值；Irk为转子第k次谐波电流有效值；Is为定子基波电流有效值；Rsk为k次谐波频率下考虑肌肤效应的每相转子电阻（折合到定子侧）；P为电动机的功率。

另外， 谐波电流还会增大电动机的噪声和产生脉动转矩。转子第k次谐波电流与基波旋转磁场产生的脉动转矩可由下式表示：

式中：Er为转子基波电动势（折算到定子侧）；f1为定子基波频率；p为电动机的极对数；φr为φt=0时，Irk与Er的相位差。

2 电磁干扰的传播途径

变频器控制系统中有能产生功率较大的高次谐波，对系统其他设备会产生较强的干扰。其干扰途径主要为电路耦合、空中辐射、感应藕合。对于变频器直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机内部铁耗和铜耗增加，并传导干扰到供电电源，通过配电网络传导给变频器控制系统的其他设备；同时变频器会对周围的电气、电子设备产生空中电磁辐射；变频器还会对相邻的线路产生感应藕合，感应出干扰电压或电流。同样，变频器控制系统中的其他设备产生的干扰信号还会通过相同的途径干扰变频器的正常工作。对于以上情况下面分别加以分析，如下图3所示。

2.1 电路耦合

如图3（a）所示，电子设备、通讯设备等电气设备从同一电源获得供电时，电磁干扰通过阻抗藕合或接地回路耦合将干扰带人控制系统电路。由于输入电流为非正弦波，从而在控制系统电路中产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据傅立叶分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次谐波与奇次谐波。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。当变频器的容量较大时，接自工业低压网络的变频器产生的电磁干扰信号将沿着配电变压器进入民用低压配电网络，将会是整个供电网络电压发生畸变，从而影响其他设备的正常工作。

2.2 空中辐射

如图3（b）所示，由于变频器的外壳不是封闭的，电磁波就可以通过空间向外辐射。对于变频器来说，输入电流和输出电流中都具有频率较高的高次谐波，高次谐波电流产生的电磁场具有辐射功能。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。谐波电流频率较高，辐射能力越强，但传播距离较短；谐波电流频率越低，辐射能力越强，但传播距离越远。同时辐射场强还与干扰信号的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。变频器的整流桥对供电电网来说是非线性负载，从而产生的谐波对接人供电电网的其他电子设备、通讯设备产生谐波干扰。同时，变频器的逆变单元处于高速切换的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换所引起的辐射干扰问题是相当突出的。

2.3 感应耦合

如图3（c）所示，当变频器控制系统中存在低频干扰源时，该干扰源不能直接与其他导体连接，并且它的电磁波辐射能力是有限的，此时就会出现第三种传播途径—感应耦合。这时干扰电流到变频器的输入和输出的导线上，该导线如与周围电子设备的导线或通讯信号线靠的太近时，就会通过电磁感应和静电感应，在周围电子设备的导线或通讯信号里感应出干扰电势。这属于感应耦合。感应耦合可以以三种形式出现，一是以导体间电容耦合的形式出现，二是以电感藕合的形式出现，三是以电容、电感混合的形式出现。对于具体是那种方式取决于干扰源的频率和干扰源与相邻导体的距离等因素。

3 抗电磁干扰的措施

要研究变频器控制系统抗干扰的具体措施，就必须首先分析形成电磁干扰的要素。根据电磁性原理，电磁干扰源、电磁干扰传播途径以及对电磁干扰敏感的系统是形成电磁干扰的三个要素。由此我们可以采用软件和硬件两个方面的抗干扰措施加以解决电磁干扰问题。由于变频器多采用DSP作为控制芯片，如果软件出现问题将会造成系统工作不稳定、数据不可靠、程序“跑飞”等，严重时会导致DSP的控制失灵。但是软件问题可以通过陷阱技术、冗余技术、容错技术和数字滤波技术等加以解决。所以，现在我们讨论的重点是硬件抗干扰技术。硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、接地、滤波、屏蔽等方法。对于以上的方法下面分别加以分析，如下图4所示。

3.1 隔离

如图4（a）所示，所谓电磁干扰的隔离是指从电路上把电磁干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电和磁的联系。在变频器控制系统中，通常是在电源和通讯设备及电子仪器设备电路之间的电源线上采用隔离变压器以免电路耦合电磁干扰，同时还可以在电子仪器设备间增加光耦隔离，以防止电磁干扰。

3.2 接地

如图4（b）所示，接地是抑制内部噪声耦合和防止外部干扰侵人的重要手段。变频器的接地方式有单点接地、多点接地等几种形式。在低频情况下，在电路或装置中，只有一个物理点为接地点，即单点接地。在高频情况下，在电路或装置中的各个接地点都直接接到离它最近的接地点，即多点接地。根据信号频率和接地线长度，系统采用单点接地和多点接地共用的方式。即混合接地。变频器从安全和降低噪声的需要出发，必须接地。它本身有专用接地端子PE端。用较粗的导线一端接到接地端子PE端上，另一端与接地极相连，并注意合理选择接地极的位置。

3.3 滤波

如图4（c）所示，滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输人侧可加装电源滤波器。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。为抑制变频器输人侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输人端加装交流电抗器，为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。

3.4 屏蔽

如图4（d）所示，屏蔽干扰源是抑制干扰最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

对于实际的工业现场情况，可根据变频器控制系统的抗干扰要求来合理选择使用抗干扰措施。对于线路传播引起的干扰，大容量电子设备可采用接入输入交流电抗器和输出交流电抗器的方法，对于小容量电子设备可采用加入滤波器，隔离变压器。以及要对每个电子设备单独接地。对于电磁辐射引起的干扰，可采用变频器屏蔽、主电路屏蔽、电子设备屏蔽。以及降低载波频率、屏蔽层良好接地、接滤波器等措施。

4 结束语

以上通过对变频器控制系统中的EMC分析与研究，提出了解决这些问题的具体实际方法。随着现代工业新技术、新理论在变频器上的应用，EMC问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。根据工业现场的具体情况，合理灵活地选择使用抗干扰措施。将进一步提高变频器控制系统的安全性和可靠性。

参考文献

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Abstract:Theapplicationoftheinvertersintheindustrialproductionisbecomingmoreand

moreuniversal，anditsinterfaceisbeingpaidmuchattention.Thesourceandspreadingrouteinthe

applicationsystemoftheinverterareintroducedinthispaper，somepracticalresolventsareputforward，andtheconcretemeasuresinthesystemdesignandinstallmentareexpounded.

Keywords：InverterInterfaceRestrain

1引言

变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种：对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰；对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。

2变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

2.1主要电磁干扰源

电磁干扰也称电磁骚扰（EMI），是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电；浪涌、跌落；尖峰电压脉冲；射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

2.2电磁干扰的途径

变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电磁辐射、传导、感应耦合。具体为：①对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；②对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加，并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备；③变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。

（1）电磁辐射

变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术，当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换（dv/dt可达1kV/μs以上）所引起的辐射干扰问题相当突出。

当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞，则辐射强度与干扰信号的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

（2）传导

上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是：接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络，并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

（3）感应耦合

感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

3抗电磁干扰的措施

据电磁性的基本原理，形成电磁干扰（EMI）须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

（1）隔离

所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

（2）滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。

（3）屏蔽

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

（4）接地

实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

单点接地指在一个电路或装置中，只有一个物理点定义为接地点。在低频下的性能好；多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它最近的接地点。在高频下的性能好；混合接地是根据信号频率和接地线长度，系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有专用接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发，必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻取值<100Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器，选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定，一般情况下采用为好。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。图1为一般变频调速传动系统抗干扰所采取措施。

以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。

（5）正确安装

由于变频器属于精密的功率电力电子产品，其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度-10℃，最高温度不超过50℃；变频器的安装海拔高度应小于1000m，超过此规定应降容使用；变频器不能安装在经常发生振动的地方，对振动冲击较大的场合，应采用加橡胶垫等防振措施；不能安装在电磁干扰源附近；不能安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污染的环境；不能安装在潮湿环境中，如潮湿管道下面，应尽量采用密封柜式结构，并且要确保变频器通风畅通，确保控制柜有足够的冷却风量，其典型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允许的温升值。安装工艺要求如下：

①确保控制柜中的所有设备接地良好，应该使用短、粗的接地线（最好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低）连接到公共地线上。按国家标准规定，其接地电阻应小于4欧姆。另外与变频器相连的控制设备（如PLC或PID控制仪）要与其共地。

②安装布线时将电源线和控制电缆分开，例如使用独立的线槽等。如果控制电路连接线必须和电源电缆交叉，应成90°交叉布线。

③使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时，确保未屏蔽之处尽可能短，条件允许时应采用电缆套管。

④确保控制柜中的接触器有灭弧功能，交流接触器采用R-C抑制器，也可采用压敏电阻抑制器，如果接触器是通过变频器的继电器控制的，这一点特别重要。

⑤用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。

⑥如果变频器运行在对噪声敏感的环境中，可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到最优效果，滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。

4变频控制系统设计中应注意的其他问题

除了前面讨论的几点以外，在变频器控制系统设计与应用中还要注意以下几个方面的问题。

（1）在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少可能产生的电磁辐射干扰。在实际工程中，由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独布置的位置，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间。

（2）变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护，但切记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将造成过电压而损坏内部元件。

（3）控制变频调速电机启/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器实现启/停。否则，频繁的操作可能损坏内部元件。

（4）尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之间必须的控制线外，其它如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24V直流电源，而生产厂家为了节省一个直流电源，往往用一个直流电源分两路分别对两个系统供电，有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰，所以在设计中或订货时要特别加以说明，要求用两个直流电源分别对两个系统供电。

（5）注意变频器对电网的干扰。变频器在运行时产生的高次谐波会对电网产生影响，使电网波型严重畸变，可能造成电网电压降很大、电网功率因数很低，大功率变频器应特别注意。解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节功率因数，同时可以根据具体情况在变频器电源进线侧加电抗器以减少对电网产生的影响，而进线电抗器可以由变频器供应商配套提供，但在订货时要加以说明。

（6）变频器柜内除本机专用的空气开关外，不宜安置其它操作性开关电器，以免开关噪声入侵变频器，造成误动作。

（7）应注意限制最低转速。在低转速时，电机噪声增大，电机冷却能力下降，若负载转矩较大或满载，可能烧毁电机。确需低速运转的高负荷变频电机，应考虑加大额定功率，或增加辅助的强风冷却。

（8）注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分，电机转矩中含有脉动分量，有可能造成电机的振动与机械振动产生共振，使设备出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后，利用变频器频率跳跃功能设置，躲开共振频率点。

5结束语

以上通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。随着工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，满足实际需要的真正“绿色”变频器不久也会面世。

参考文献

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中图分类号：TL62+9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0064-01

1.开关电源干扰的产生

1.1 开关电源内部干扰

1.1.1 基本整流器

基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流，而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量，谐波（特别是高次谐波）会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰，使前端电流发生畸变，一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变，另一方面通过电源线产生射频干扰。

1.1.2 功率变换电路

1）开关管。开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容，当开关管流过大的脉冲电流（大体上是矩形波）时，该波形含有许多高频成份；同时，关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间，输出级的大电流，开关整流二极管的反向恢复时间，会造成回路瞬间短路，产生很大短路电流，另外，开关管的负载是高频变压器或储能电感，在开关管导通的瞬间，变压器初级出现很大的涌流，造成尖峰噪声。

2）高频变压器。开关电源中的变压器，用作隔离和变压，但由于漏感的原因，会产生电磁感应噪声；同时，在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧高次谐波噪声传递给次级，而变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路，使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上藕合形成噪声。

3）整流二极管。二次侧整流二极管用作高频整流时，由于反向恢复时间的因素，往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除（因载流子的存在，还有电流流过）。一旦这个反向电流恢复时的斜率过大，流过线圈的电感就产生了尖峰电压，在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰，其频率可达几十MHz。

4）电容、电感器和导线。开关电源由于工作在较高频率，会使低频元件特性发生变化，由此产生噪声。

1.2 开关电源外部干扰

开关电源外部干扰可以以“共模”或“差模”方式存在。干扰类型可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化。其中也包括电压变化、频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等，电源干扰的类型见表1。在表1中的几种干扰中，能够通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工作的主要是电快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波，而静电放电等干扰只要电源设备本身不产生停振、输出电压跌落等现象，就不会造成因电源引起的对用电设备的影响。

2.抑制干扰的一些措施

形成电磁干扰的三要素是骚扰源、传播途径和受扰设备。因而，抑制电磁干扰也应该从这三方面人手，采取适当措施。首先应该抑制骚扰源，直接消除干扰原因；其次是消除骚扰源和受扰设备之间的藕合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是切断电磁骚扰源和受扰设备之间的藕合通道。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。

1）采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰，即用电导率良好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。屏蔽有两个目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出，二是防止外来的辐射干扰进人该内部区域。其原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作用。为了抑制开关电源产生的辐射，电磁骚扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。

2）所谓接地，就是在两点间建立传导通路，以便将电子设备或元器件连接到某些叫作“地”的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法，电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该环路时将产生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”，因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。

3）滤波是抑制传导干扰的有效方法，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。EMI滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，可以抑制来自电网的干扰对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。选择滤波器时要注意以下几点：

①明确工作频率和所要抑制的干扰频率，如两者非常接近，则需要应用频率特性非常陡峭的滤波器，才能把两种频率分开；

②保证滤波器在高压情况下能够可靠地工作；

③滤波器连续通以最大额定电流时，其温升要低，以保证在该额定电流连续工作时，不破坏滤波器中元件的工作性能；

④为使工作时的滤波器频率特性与设计值相符合，要求与它连接的信号源阻抗和负载阻抗的数值等于设计时的规定值：

⑤滤波器必须具有屏蔽结构，屏蔽箱盖和本体要有良好的电接触，滤波器的电容引线应尽量短，最好选用短引线低电感的穿心电容；

⑥要有较高的工作可靠性，因为作防护电磁干扰用的滤波器，其故障往往比其他元器件的故障更难找。

安装滤波器时应注意以下几点：

①电源线路滤波器应安装在离设备电源人口尽量靠近的地方，不要让未经过滤波器的电源线在设备框内迂回；

②滤波器中的电容器引线应尽可能短，以免因引线感抗和容抗在较低频率上谐振；

③滤波器的接地导线上有很大的短路电流通过，会引起附加的电磁辐射，故应对滤波器元件本身进行良好的屏蔽和接地处理；

④滤波器的输人和输出线不能交叉，否则会因滤波器的输人和输出电容藕合通路引起串扰，从而降低滤波特性，通常的办法是输人和输出端之间加隔板或屏蔽层。

3.结语

开关电源产生电磁干扰的因素还有很多，抑制电磁干扰还有大量的工作要做。全面抑制开关电源的各种噪声将使开关电源更加安全可靠地运行。

篇12

Abstract: this paper discusses the main jamming resources PLC control system including space radiation, PLC system of the lead, internal system generates several aspects. And then expounds these interference in the control system of influence, and advances some main measures of anti-jamming. After practice verification has a strong engineering application value.

Keywords: programmable logic controller; Interference sources; anti-interference

中图分类号： TN972 文献标识码：A文章编号：

在工业控制领域， PLC控制系统可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行．而系统抗干扰性能的优劣是关系到整个系统可靠运行的关键。由于PLC大多处在强电电路和强电设备附近。电磁环境恶劣．系统容易受到干扰。所以对PLC控制系统的干扰源进行分析，研究抑制干扰的对策．已成为现代自动控制系统中必不可少的内容。

1 PLC系统中的主要干扰源

通常，按干扰模式的不同，干扰源可分为共模干扰和差模干扰2种。共模干扰是信号对地的电位差。主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。共模干扰可为直流、也可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换的共模干扰所形成的电压。

1.1 来自空间辐射的干扰

空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等在系统中产生的静电感应或电磁感应引起，通常称为辐射干扰。这种干扰往往是突发性的瞬时干扰，不仅会引起系统的误动作、失调、不稳定等问题，而且还会导致系统失灵，严重时甚至损坏系统。

1.2 来自系统外引线的干扰

来自系统外引线的干扰主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重，主要有3种。

1.2.1 来自电源的干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰在线路上的感应电压和电流。尤其是电网内部的变化。如开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边．对PLC系统造成干扰。

1.2.2 来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串人的电网干扰，这往往被忽视：二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰。

由信号引入的干扰会引起I／0信号工作异常和测量精度大幅降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统．还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作和死机。PLC控制系统因信号引入干扰而引起系统故障的情况屡见不鲜。

1.2.3来自接地系统混乱时的干扰

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差。引起地环路电流，影响系统正常工作。

PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

1.3 来自PLC系统内部的干扰

这种干扰主要来源于系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射，如逻辑电路相互辐射以及对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这就要求PLC制造厂在设计制造PLC系统时．要充分考虑到消除干扰，提高系统稳定性的问题。

2抑制干扰的主要措施

为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内、外电磁干扰，必须在设计和施工中采取有效的抑制措施。抑制干扰的基本原则是：抑制干扰源，切断或衰减电磁干扰的传播途径．提高装置和系统的抗干扰能力。

2.1 电源部分的拦截是抗干扰的重点

空间辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小和频率有关。对来自空间辐射的干扰在PLC系统中反映最严重的是大气过电压产生的强电场和强磁场，其中包括直接雷电产生的过电压和电力网络、电气设备的暂态过程以及线路其他物体静电感应或电磁感应所引起的过电压。一般的PLC系统和计算机系统对来自空间辐射于扰的抑制是设置屏蔽电缆、PLC局部屏蔽和半浮空与泄放技术进行保护。

2.2 采用合适的电缆及电缆的正确敷设

在信号电缆的选择上．要从实用、经济和抗干扰考虑。现在标准型号应用普遍．采用0．75 mm2的两芯带屏蔽双绞线就能很好地满足要求。

2.3完善而合理的接地系统是抗干扰的有效措施

接地的目的除为了安全外．还有一个就是抗干扰。因此。完善的接地系统是PLC控制系统消除电磁干扰的有效措施。

① 工作接地

控制柜要用绝缘板与地面隔离，工作接地要与保护接地严格分开。

② 系统接地

对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。

③ 信号源接地

信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地：不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理。一定要避免多点接地：

④ 抗共模、差模干扰措施

信号接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰：在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。

2.4 软件解除干扰

软件解除干扰是在计算机程序中采用某种计算方法对信号进行数学处理．以便减少或消除干扰信号的数量和强度．提高输入信号的可靠性。

3 结语

随着自动化程度的进一步发展．自动控制在生产中的作用越来越大．但是如果因为干扰的原因导致自动控制的效果不好或根本不能控制．就有悖于设计者和用户的初衷。所以一个系统的实施必须要考虑到干扰可能带来的影响以及采取必要的抗干扰措施。最好是将干扰抑制在发生前。如果干扰不能避免就必须从传播途径或用其他方法抑制干扰。各个车间和工厂的情况都是不同的．在实践中必须善于发现并根据不同的情况解决问题。只有这样才能发挥自动控制的优越性。

参考文献

篇13

中图分类号：V55 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0007-04

短波是指频率为3 Hz～30 MHz的无线电波。对于承担短波广播发射任务的固定或移动发射台来说，通过使用不同频率、不同天线阵子夹角发射广播信号对周边场强的分析，了解覆盖区域内受众终端的接收效果及电磁辐射对受众的影响都具有重要意义。

1 测试方法

由于覆盖场强的测试工作受到发射系统的发射功率、频率、驻波比等参数及地理环境、测量仪器等诸多因素的影响，因此正确的测量方法对于能否达到真实结果至关重要。

1.1 测试方框图

1.2 测试场地

为使测试结果更具真实可用性，测试场地应满足坡度小于2°半径100 m内应无障碍物，满足视距传输的要求应远离高压线及金属物体或建筑。由于实际地形的复杂性，很难找到完全符合测设要求的测试场地。如果待测发射系统所在地点的某一方向上游遮挡，测试时可以将整个发射系统原地旋转某一角度，根据发射系统与测试点的相对位置关系，测量出有遮挡方向上的场强值。

2 测试数据处理

2.1 坐标系的变换

为了便于分析总结数据得出结论，首先将经纬度值（球坐标系）转化为以发射天线为中心的圆坐标系，定义正北为0度，顺时针方向依次为90度、180度、270度。根据图1推导出距离及角度公式：

其中α值还需根据经纬度判断后转化成圆坐标中的角度值。然后就可以把测（如图1）。

2.2 场强值的处理

由于地形的限制等因素，测量点的场强值并不是60 dBμV/m，因此，我们应根据测量点的测量值推导出场强值为60 dBμV/m点的位置。

如图2所示，假设发射机位于A点，发射天线所辐射的电波在地面上传播，与发射机距离为r的B点的场强为E，整个传播途径上相对介电常数ε和电导率δ是均匀的，且天线低架，则B点的场强可以近似由舒来依金—范德波尔近似公式计算：

实际测量时，无线电波在无障碍条件下传播的情况实际上是很少见的，通常从发射天线到接收天线的途径上会有一些障碍物，所以需要分析一下障碍物对地波传播的影响。这里主要讨论大型建筑物对地波传播的影响。电波信号在传播过程中，遇到建筑物，如高楼大厦等，电波信号在穿透建筑物时会发生反射和折射，使信号衰减。建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强之差。下表是建筑物穿透损耗的测试结果：（如表1）。

利用公式（4）先求出常数K，然后再求出60 dBμV/m点的位置，考虑测量点及推导点的环境因素，将得到的数值根据上表数据做出修正，即可推导出场强值为60 dBμV/m点的位置。

由于电磁辐射标准中场强单位多用V/m来表示，因此应将数据转换为V/m。根据换算公式：

3 测试数据分析

3.1 频率与场强的关系

在单频情况下天线振子为60°时的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）频率曲线如图3，从图可知：中低频率覆盖范围约为4.5～5 km，场强60 dB等值线约为圆形；高频率覆盖范围约为10 km，场强60dB等值线约为圆形。考虑天线驻波比、发射功率、及天气等因素，随着频率增加场强覆盖范围越小，中低频率比较明显。

在单频情况下天线振子为30°时的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）频率曲线如图4，从图可知：低频率场强60 dB等值线约为圆形，覆盖范围约为2～2.5 km；中频率场强60 dB等值线约为椭圆形，长轴覆盖范围约为3～4 km，短轴覆盖范围约为3 km；高频率场强60 dB等值线约为圆形，覆盖范围约为2～3 km；考虑天线驻波比、发射功率、及天气等因素，随着频率增加场强覆盖范围越小，低高频率比较明显。

在单频情况下天线振子为15°时的高（21.645 MHz）、中（12.025 MHz）、低（5.975 MHz）频率曲线如图5，从图可知：低频率场强60 dB等值线约为椭圆形，长轴覆盖范围约为3 km左右，短轴覆盖范围约为2.5 km；中频率场强60dB等值线约为椭圆形，长轴覆盖范围约为4 km，短轴覆盖范围约为2.5 km；高频率场强60dB等值线约为椭圆形，长轴覆盖范围约为2.5～3 km，短轴覆盖范围约为1.5～2 km；考虑天线驻波比、发射功率、及天气等因素，随着频率增加场强覆盖范围越小，中高比较明显。

综上比较可知：在同等的发射功率、同样天馈系统、同样环境因素下，随着频率增加场强覆盖范围越小。

3.2 天线阵子夹角与场强的关系

单频情况发射频率为高（21.645 MHz）时，天线振子夹角分别为60°、30°、15°时的频率曲线如图6，从图可知：天线振子夹角在60°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在30°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在15°时，场强60 dB等值线为椭圆形。随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

单频情况发射频率为中（12.025 MHz）时，天线振子夹角分别为60°、30°、15°时的频率曲线如图7，从图可知：天线振子夹角在60°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在30°时，场强60 dB等值线为椭圆形；天线振子夹角在15°时，场强60 dB等值线为椭圆形。随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

单频情况发射频率为低（5.025 MHz）时，天线振子夹角分别为60°、30°、15°时的频率曲线如图8，从图可知：天线振子夹角在60°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在30°时，场强60 dB等值线约为圆形；天线振子夹角在15°时，场强60 dB等值线约为椭圆形。随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

综上比较可知：用户所用短波发射系统随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。

4 测试结论

根据对实测数据的分析处理，得出如下结论。

（1）系统在中低频段20 m外满足国家电磁辐射标准对公众的要求，在高频段20 m外基本满足国家电磁辐射标准对公众的要求，并且系统在20 m外完全满足国家电磁辐射标准对职业人员的要求。

（2）在同等的发射功率、同样天馈系统、同样环境因素下，随着频率增加场强覆盖范围越小。

（3）用户所用短波发射系统随着天线振子夹角的变小，场强60 dB等值线逐渐趋近椭圆形。