電子設備中的電氣干擾及抗干擾措施研究

國營長虹機械廠 段向港

隨著社會的不斷發展，電子技術日益成熟，電子機械設備成為人們生活中不可缺少的一部分。隨之而來的就是電氣干擾問題，電氣干擾會給電子設備帶來很多不好的影響，人們在使用過程中，要時刻關注引起電氣干擾情況的原因。所以，關于電子設備的抗干擾能力的提升成為相關工作人員研究的主要方向。

1 電子設備中存在的電氣干擾

1.1 非線性諧波干擾

在經常使用的電子設備中，唯一一個自帶工作電路的就是整流器。整流器會在電子設備運行的過程中，向外散射一種非線性諧波，這種非線性諧波具有較高的頻次并不斷向外界擴散，對機械電子設備周邊的電路或電氣產生較大的電磁干擾影響。非線性諧波會在電網中影響負載組件，讓電源的功率指數發生變化，受影響的負載組件也會對設備產生部分的物理性干擾，讓設備的零件出現嚴重的磨損情況，使機械電子設備運行中發出噪聲，降低設備運行的穩定性。嚴重時會讓機械電子設備的機身出現大幅度振動，出現機身溫度上升等情況，減少設備的使用壽命。

1.2 電磁干擾

電磁干擾是電氣干擾中常見的一種干擾情況，簡稱為EMI。是機械電子設備在運行時，受電、磁混合環境的影響，在電壓與電流的作用下出現系統性能降低的磁場現象，使電子設備無法正常運轉，無法正確傳達信號，電子設備的信號準確性也無法保證。電磁干擾也會讓電子設備對人與生物產生影響。

1.3 電源干擾

電源干擾因其多樣的產生原因，使干擾形式也較為多樣化并應擁有可變性，具體分為共模干擾和差模干擾。其中，共模干擾的頻率大都集中在1MHz以上，又被稱為不對稱干擾，主要來源于中線、大地與電源輸入線之間產生的電差，在三相電源中，共模干擾存在于地與任何一項之間。比如在雷雨天氣，共模干擾包括雷電與地面之間產生的電弧、電纜產生的電氣干擾、電氣設備產生的大功率輻射。差模干擾的頻率多集中在1kHz以下，低于共模干擾，存在于線與中線間、電源線之間，在三相電源中，相線與相線之間也存在著差模干擾，又被稱為對稱干擾。在方式上，共模干擾與差模干擾均反映出干擾源與耦合通道的關系。通常電源輸入線中都會同時存在共模電壓與差模電壓，但因為線路阻抗不平衡，兩種干擾方式在傳輸過程中會進行轉化，轉化的形式十分復雜，對這兩種干擾模式很難進行區分，所以不必過分劃分。在電源干擾中，兩種干擾方式會對直流電與交流電產生干擾，并且電子設備在遇到電源干擾時產生高次諧波，此時機械電子設備由于振顫會出現過熱現象，對設備正常穩定運行造成不同程度的影響。

1.4 電流泄漏

電流泄漏的方式主要是線與線之間和線與地之間產生。在對地漏電中，通常是在動力線與大地之間發生。這種漏電形式的出現，代表著機械電子設備的外圍出現了非識別性動作。線與線之間的漏主要是發生在動力線之間，當漏電現象出現，除了非識別性動作出現在設備周圍外，設備自身也產生了電氣干擾，使設備不能正常運行。除此之外，造成電子設備電干擾的其他因素還有很多，包括分布電容與載波頻率等因素，受此種因素影響，設備跳閘的概率極大，使工作間斷，帶來不必要的損失。

2 防止電器干擾的具體措施

2.1 屏蔽抗干擾

屏蔽抗干擾是抵抗電磁干擾中主要的方法，對電子設備進行完全的密封，可以有效抵抗電磁對設備的干擾，保證設備的穩定運行。在生活中，這種方式十分常見，所以針對不同類型的設備，都發展出不同的密封方法。屏蔽方式的主要措施就是在設備的外部，增加一個用導電性好的材料做成的全封閉式的金屬外殼，這種外殼可以有效防止內部電磁能量的外泄，并防止外來能量的入侵。屏蔽抗干擾包括磁屏蔽與電屏蔽，電屏蔽主要是在靜電平衡狀態下，屏蔽體要保持與地接觸。可以在電容耦合通道中裝置金屬屏蔽器，有效抵抗電氣干擾。磁屏蔽主要是屏蔽設備運行中產生的磁場效應，這種磁效應會干擾設備的電路，所有磁屏蔽可以屏蔽磁場對機械電子設備的干擾。這種方法也存在一定弊端，當屏蔽體出現導電連續破壞現象，就會降低屏蔽效果。比如電腦的顯示器，可將指形簧片、導電布等密封性較強的電磁作為增強設備屏蔽抗干擾能力的襯墊材料，以此保證設備正常運行。在社會快速發展、進步的背景下，屏蔽抗干擾也衍生出多種方式，如靜電、編制、包扎、金屬皮、雙層、金屬隔網等。靜電屏蔽主要是將屏蔽體單端接地，而雙層屏蔽多是在高電路靈敏度以及強干擾電場的情況下使用。不過這種方式在使用中需要注意到，外屏蔽層與內屏蔽層之間只能有一個連接點，并且兩者之間的距離要盡可能拉大，否則會降低屏蔽效果。編制屏蔽主要適用于信號傳輸的情況，也可以與包扎屏蔽、金屬皮屏蔽組合使用。這三種屏蔽方式可以單獨使用，要根據每種方式的特點，針對不同情況進行使用。編制方式易彎曲，具有很強的柔軟性，使用壽命長，主要是對低頻信號進行屏蔽。金屬屏蔽隔離性較強但柔性小，作用距離較長，與包扎屏蔽同適用于射頻類信號的屏蔽。金屬網屏蔽主要適用于屏蔽高靈敏度接收設備的電磁波的干擾。在低頻磁場干擾的情況下，屏蔽技術有著顯著的作用。在制作復合屏蔽電纜中，可以將高導磁材料作為制作材料，在制作中可分為內、中、外三層，最里層為銅制鐵磁，中層是磁導率高的鐵磁，最外層是低磁和高飽導率的鐵磁，這樣干擾信號的強度層層遞減，到達設備的干擾信號就會十分微弱。

2.2 濾波器抗干擾

濾波器是具有網絡結構的設備，主要由電阻、電容、電感等部件組成，可以對電子設備產生的信號頻率進行識別、整合、分類，并過濾干擾信號。所以，在生活中，可以將濾波器作為平臺，直接消除信號中的特點波段的頻率，達到干擾傳輸受限的目的。濾波器也可以減少電子設備的干擾信號，削弱電氣對機械電子設備的影響。濾波器可以根據信號分為高通、低通、帶阻、帶通四種，不同的信號處理又分為模擬、數字兩種，在對信號頻率識別和歸類后，只允許部分信號頻率通過，有效清除電氣干擾。由于濾波器的種類不同，在選擇濾波器上，要根據其性質和功能，選擇合適的型號。比如，消除低頻干擾就需要選擇高通濾波器，壓制高頻干擾需要選擇低通濾波器。較為常用的濾波器型號包括C型濾波器、π型濾波器、T型濾波器和L型濾波器。選擇濾波器時，可以先用干擾儀器獲取干擾源的頻率和干擾波數值，根據得出的數據再進行選擇。需要注意的是，對直流電源的電子設備過濾高頻紋波，可以將并聯電容安裝在電源處。電磁干擾濾波器的主要工作方式有兩種：一是消除濾波器內部非工作信號頻率，抵抗電氣對電子設備的干擾；二是阻止信號通過，將非工作信號反射回信號源，減少對設備的電氣干擾。

2.3 接地抗干擾

接地抗干擾對電子設備的運行穩定性具有顯著的作用。其他方式在消除電氣干擾的同時，會對電子設備產生危害，所以在不損害設備的基礎上，發現了接地抗干擾方式。理論上，將機殼底、器件和電源同地連接，所形成的公共地作為機電設備電壓測量的實際地點，但在連接的過程中出現錯誤的連接方式，會使直流信號和交流信號相互干擾。對此可以在交流接地中使用電容耦合的方式，在濾波設備附近選擇接地位置。合理地進行接地可以保證設備運行的穩定性與安全性，也可以減弱偶發電壓對設備的沖擊傷害。一般電子設備的地線包含三條種類，每種地線的用途都不一樣，一條與機殼進行連接，并與交流電源的地線相互連接；一條連接數字接收設備與信號設備，也稱為信號地線；還有一條主要連接繼電器與電動機設備，又稱為噪聲底線。當電子設備需要交流電源為其供電時，要避免公共地線不均勻產生的干擾源，需要將電源地線與保護地線相連接，有效抑制干擾現象。

2.4 隔離抗干擾

隔離抗干擾可以將電子設備中通過導線進行傳輸的電氣干擾進行隔離，從而實現抵抗電氣干擾的目標。電氣隔離原理是減少兩個不同電路之間的干擾，重點將電回路、電源支電路與電氣系統進行相互隔離，從而保證電氣系統不受電氣干擾。隔離變壓器是隔離抗干擾方式中最常使用的設備，在選擇隔離變壓器的過程中，要明確設備電源與實際電壓等級，不能選用自耦變壓器，盡量使用變壓比為1的隔離變壓器，避免設備實際電壓等級與電源電壓相同的情況出現電氣干擾，針對安全性要求高的場所，需選用專業的隔離變壓器。不可選用自耦變壓器的原因在于，設備本身不具有絕緣功能，無法用來進行電氣隔離。

結論：綜上所述，在機械電子設備中存在的常見電氣干擾問題，是需要工程技術人員不斷解決的重要問題，也是現在電子設備行業不斷發展的方向。電氣干擾會讓電子設備的使用壽命不斷減少，影響電子設備的使用效果。所以，要對電氣干擾的解決措施進行研究發展，探討出科學合理的抗干擾措施。本文提出了四種常見的電氣干擾問題，并提出了四種抗干擾措施，希望對電子設備的抗干擾工作提供有效的借鑒和幫助。