電力電子設(shè)備電磁干擾問(wèn)題分析及防范措施

趙嘉恒 鄒良志 黃倩男 王宇婷 王冬奇

【摘 ?要】隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，近年來(lái)我國(guó)的工業(yè)化生產(chǎn)和電子設(shè)備應(yīng)用得到了廣泛的普及，而在電力電子設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程中，常常存在著電磁波干擾的問(wèn)題。電磁波的存在導(dǎo)致電力電子設(shè)備的信號(hào)傳輸以及正常使用都受到了極大的影響，倘若不對(duì)其進(jìn)行有效的處理，很有可能造成企業(yè)以及個(gè)人的巨大損失。本文基于此，對(duì)電力電子設(shè)備應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的電磁干擾源形式做了介紹，分析了現(xiàn)階段電力電子設(shè)備在遭受電磁干擾使得處理辦法，以期為相關(guān)工作者提供指導(dǎo)和幫助。

【關(guān)鍵詞】電力電子設(shè)備;電磁干擾;問(wèn)題分析;防范措施

對(duì)于電力電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于近些年在其上應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，為了確保其正常使用，電力電子設(shè)備對(duì)電磁兼容性的要求也逐漸提高。電磁兼容性，是指設(shè)備以及電子系統(tǒng)在處于電磁環(huán)境中時(shí)能夠符合規(guī)定進(jìn)行運(yùn)行的性能，同時(shí)在使用的過(guò)程中，它不會(huì)對(duì)相近的電磁設(shè)備產(chǎn)生印象正常使用的干擾。電能表是整個(gè)電能計(jì)量設(shè)備的核心，它的電磁兼容性能直接影響著整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也直接影響著計(jì)費(fèi)的準(zhǔn)確性。因此，對(duì)電力電子設(shè)備的電磁干擾問(wèn)題進(jìn)行分析具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、電磁干擾源的形式

電磁干擾源，是指發(fā)出電磁波干擾信號(hào)，影響電力電子設(shè)備電磁兼容性能的主要影響因素，同時(shí)也是相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)的方面。電磁干擾源的種類較多，按照干擾源的發(fā)出部位，可以將其分為內(nèi)部干擾以及外部干擾兩種類型。

1.1內(nèi)部干擾

內(nèi)部干擾，通俗的說(shuō)就是指產(chǎn)生的干擾源是從設(shè)備內(nèi)部發(fā)出的。當(dāng)前，常見(jiàn)的內(nèi)部干擾主要包括以下幾個(gè)方面：

第一，在借助地線來(lái)對(duì)電源以及傳輸導(dǎo)線進(jìn)行耦合時(shí)，由于各個(gè)導(dǎo)線和電源之間的阻抗關(guān)系，使得信號(hào)在通過(guò)時(shí)產(chǎn)生了電磁干擾。第二，設(shè)備運(yùn)行導(dǎo)線之間的相互干擾。第三，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部的部分元件由于發(fā)熱導(dǎo)致元件的穩(wěn)定性降低，最終造成元件之間的穩(wěn)定性的降低。第四，設(shè)備在運(yùn)行時(shí)大功率以及大電流元件會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)以及電路，在電路中產(chǎn)生耦合作用，導(dǎo)致其他元件的正常運(yùn)行受到影響。

1.2外部干擾

外部干擾，顧名思義，就是設(shè)備在使用過(guò)程中外界的影響因素造成的電磁信號(hào)干擾。具體來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)的外部干擾包括以下幾個(gè)方面：

第一，設(shè)備外連的高電壓或電源出現(xiàn)絕緣漏電，使得線路以及設(shè)備的正常運(yùn)行受到了影響。第二，設(shè)備外部的大功率設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生了更大程度的磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)和設(shè)備本身運(yùn)行產(chǎn)恒的磁場(chǎng)之間產(chǎn)生了耦合作用，導(dǎo)致電子線路、電子設(shè)備以及系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到了影響。第三，在運(yùn)行過(guò)程中，外部環(huán)境內(nèi)的電磁波造成的電子線路正常運(yùn)行受影響。第四，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，其所處的環(huán)境溫度穩(wěn)定性不夠，導(dǎo)致電子線路、設(shè)備以及系統(tǒng)之間的元件參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，整個(gè)設(shè)備的性能也會(huì)受到影響。

二、電子設(shè)備電磁干擾及處理辦法

2.1電磁場(chǎng)干擾

對(duì)于電力電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，其測(cè)控設(shè)備的工作環(huán)境是電網(wǎng)二次回路。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，設(shè)備所處的一次回路和二次回路之間存在電磁的聯(lián)系，因此當(dāng)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)，電弧也會(huì)發(fā)生熄滅和燃?xì)猓@會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生高頻震蕩。線路上產(chǎn)生電壓震蕩后，將會(huì)產(chǎn)生耦合作用傳輸至二次設(shè)備上。同時(shí)，當(dāng)整個(gè)設(shè)備的震蕩頻率達(dá)到閾值后，還會(huì)自動(dòng)化發(fā)生電磁波，產(chǎn)生并傳遞干擾信號(hào)。這些傳輸?shù)母蓴_信號(hào)具有重復(fù)程度高、傳輸時(shí)間短的問(wèn)題。

為了有效解決電力電子設(shè)備產(chǎn)生電磁波的干擾問(wèn)題，在進(jìn)行電子設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)，需要采用恰當(dāng)?shù)牟季€方式，在進(jìn)行線路的布局時(shí)需要采用良好的屏蔽措施，有效地削減風(fēng)電路，并增加濾波。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生的內(nèi)外部磁場(chǎng)都會(huì)出現(xiàn)一級(jí)以及二級(jí)耦合作用，針對(duì)這種耦合造成的電磁干擾，可以在其上配置相應(yīng)的互感器來(lái)進(jìn)行耦合力的抑制。而對(duì)設(shè)備進(jìn)行電力能源的提供時(shí)，可以選擇UPS充電，實(shí)現(xiàn)電磁波干擾信號(hào)的隔離。

2.2靜電干擾的產(chǎn)生

靜電干擾，顧名思義，就是兩個(gè)帶了電荷的物體無(wú)法將電荷技術(shù)的排除，當(dāng)電子設(shè)備帶有靜電時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，導(dǎo)致電子設(shè)備的正常使用受到影響和干擾。

當(dāng)電子設(shè)備出現(xiàn)靜電干擾時(shí)，通常采用的是金屬屏蔽的方法來(lái)避免靜電干擾。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)借助設(shè)備的外殼來(lái)將內(nèi)部的電路進(jìn)行全方位的包圍，由于金屬是一種等電位體，因此一般情況下設(shè)備內(nèi)部不具備靜電場(chǎng)，不容易受到外部靜電場(chǎng)的干擾。而這個(gè)絕緣設(shè)備，既可以由金屬材料構(gòu)成，也可以是金屬網(wǎng)所構(gòu)成的導(dǎo)電層。在實(shí)際進(jìn)行使用時(shí)，電子設(shè)備的內(nèi)部都安置有分布電容以及漏電電阻，在這種情況，靜電的回流放電會(huì)形成干擾通路，從而導(dǎo)致內(nèi)部電路的有效性受到影響。因此，相關(guān)工作人員通常選擇在設(shè)備的外殼上聯(lián)用接地線，在這種情況下，電子設(shè)備向內(nèi)流的經(jīng)典流將會(huì)被排除釋放。

三、防范電子設(shè)備干擾產(chǎn)生的措施

3.1屏蔽法

屏蔽法，是當(dāng)前電力電子設(shè)備進(jìn)行電子干擾防護(hù)的主要方法。屏蔽法主要包括靜電屏蔽法以及電磁屏蔽法。通過(guò)屏蔽技術(shù)的應(yīng)用，還能夠有效抑制干擾的輻射。

3.2濾波法

濾波器的應(yīng)用能夠有效降低電磁信號(hào)的干擾強(qiáng)度。電磁干擾的組成成分一般不一致，需要對(duì)這些組成不一致的噪音進(jìn)行切除，而濾波器的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同頻率下電磁波的有效抑制，有效避免電力電子設(shè)備運(yùn)行造成其他設(shè)備的損害。

3.3平衡電路法

平衡電路法是指采用平衡電路對(duì)系統(tǒng)中的所有導(dǎo)線進(jìn)行接地，確保所有電路導(dǎo)線的阻抗處于同一水平。在這種情況下，各個(gè)導(dǎo)線上的干擾信號(hào)是相同的，這種共態(tài)的干擾信號(hào)能夠在運(yùn)行荷載上相互抵消，確保設(shè)備使用的有效性。

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（作者單位：哈爾濱理工大學(xué)榮成校區(qū)）