繼電器電磁干擾的分析及抑制

1、繼電器電磁干擾的分析及抑制(2012-06-0610:38:50)轉(zhuǎn)載標(biāo)簽：分類：其它知識(shí)繼電器it摘要：本文主要介紹了對(duì)電氣設(shè)備中繼電器及其開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)干擾抑制的機(jī)理，提出了抑制干擾的有效措施。關(guān)鍵詞：繼電器電磁干擾分析抑制1 前言隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子、電力電子、電氣設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它們?cè)谶\(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾和諧波干擾。其中，電磁干擾具有很寬的頻率范圍(從幾百 Hz 到MHZ,又有一定的幅度，經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)和輻射會(huì)污染電磁環(huán)境，對(duì)電子設(shè)備造成干擾，有時(shí)甚至危及操作人員的安全。特別是大功率中、短波廣播發(fā)射中心，具周圍電磁環(huán)境尤為復(fù)雜，要想保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，電子設(shè)備及電源必須具有

2、更高的電磁兼容性。2 電磁干擾的抑制電磁干擾 EMI(ElectromagneticInterference)是指由無(wú)用信號(hào)或電磁騷擾(噪聲)對(duì)有用電磁信號(hào)的接收或傳輸所造成的損害。一個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)，某一線路受到電磁干擾的程度可以表示為如下關(guān)系式：N=GC/I其中：G 為噪聲源強(qiáng)度；I 為受干擾電路的敏感程度；C 為噪聲通過(guò)某種途徑傳導(dǎo)受干擾處的耦合因素。從上式可以看出， 電磁干擾抑制的技術(shù)就是圍繞這三個(gè)要素所采取的各種措施， 歸納起來(lái)就是：(1)抑制電磁干擾源；(2)切斷電磁干擾耦合途徑；(3)降低電磁敏感裝置的敏感性。2.1 抑制電磁干擾源首先必須確定干擾源在何處，越靠近干擾源的地方采取措

3、施抑制效果越好，一般來(lái)說(shuō)，電流電壓瞬變的地方（即 di/dt 或 du/dt）即是干擾源，如：繼電器開(kāi)合、電容充放電、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、集成電路開(kāi)關(guān)工作等都可能成為干擾源。另外，市電并非理想的 50Hz 正弦波，其中充滿各種頻率噪聲，也是不可忽視的干擾源。抑制干擾源就是盡可能的減小 di/dt 或 du/dt,這是抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)最優(yōu)先和最重要的原則。減小di/dt 的干擾源，主要是在干擾回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)；減小 du/dt 的干擾源，則是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。抑制方法通常采用低噪聲電路、瞬態(tài)抑制電路、穩(wěn)壓電路等，所選用的器件應(yīng)盡可能采用低噪聲、高頻特性好、穩(wěn)定性高的電子

4、元件，特別要注意，抑制電路中不適當(dāng)?shù)钠骷x擇可能會(huì)產(chǎn)生新的干擾源。2.2 切斷電磁干擾耦合的途徑電磁干擾耦合途徑主要包括傳導(dǎo)和輻射兩種。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾，抑制傳導(dǎo)干擾主要是通過(guò)在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷干擾源，有時(shí)也可加隔離光耦來(lái)解決。濾波器分為低通（LPF）、高通（HPF、帶阻（BEF、帶通（BPF 等四種，可根據(jù)信號(hào)與噪聲頻率的差別選擇不同類型的濾波器，對(duì)于要求較高的設(shè)備，則必須采用穿心濾波器。輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳播到敏感器件的干擾，對(duì)于輻射干擾，主要是采用屏蔽技術(shù)和分層技術(shù)。屏蔽技術(shù)是一門科學(xué)，選擇合適的屏蔽材料，在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行屏蔽，對(duì)于屏蔽效果至關(guān)

5、重要，尤其是屏蔽室的設(shè)計(jì)?？晒┻x擇的屏蔽材料種類繁多，有各種金屬板、銅絲網(wǎng)、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電膠、導(dǎo)電玻璃等等，應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行選擇。屏蔽室的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮門窗、通風(fēng)口、進(jìn)出線口的屏蔽與搭接，除靜電屏蔽外，還應(yīng)考慮磁屏蔽及接地。2.3 降低電磁敏感裝置的靈敏度電磁敏感裝置的靈敏度本身具有矛盾的雙重性， 一方面， 人們希望電磁敏感裝置靈敏度高一些，以提高對(duì)信號(hào)的接收能力；另一方面，其靈敏度越高，受噪聲影響的可能性也就越大。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況，采用降額設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)鈍化、功能鈍化等方法使問(wèn)題得到解決。電磁干擾抑制方法很多，可以選擇一種或多種綜合應(yīng)用，但不論選擇什么方法，都應(yīng)從設(shè)計(jì)之初就著手系統(tǒng)電

6、磁兼容性的考慮。3 繼電器及其開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)干擾的抑制繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子等設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器的開(kāi)合本身所產(chǎn)生的電磁干擾是絕對(duì)不能忽視的，為保證各種設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)繼電器及其開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)電磁干擾的抑制尤為重要。3.1 繼電器線圈瞬變干擾的抑制繼電器線圈(以直流繼電器為例)是感性負(fù)載， 在電源斷電瞬間會(huì)產(chǎn)生瞬變電壓， 有時(shí)高達(dá)幾 kV,如此高的電壓足以損壞相關(guān)元器件；不僅如此，由于其含有豐富的諧波，可通過(guò)線路間的分布電容、絕緣電阻侵入控制系統(tǒng)，導(dǎo)致誤動(dòng)作。為防止元器件損壞、電路誤動(dòng)作等，就必須采取抑制措施，

7、由于斷路產(chǎn)生的瞬變電壓能量大、頻譜寬，僅僅采用濾波或隔離措施難以湊效，抑制瞬變干擾，通常采用如下幾種常見(jiàn)的方式：(1)并聯(lián)電阻圖 1 為并聯(lián)電阻抑制瞬變干擾電路，在圖 1 中，K 為電路的控制開(kāi)關(guān)，L 為繼電器線圈的電感。該抑制電路的關(guān)鍵是正確選擇所并聯(lián)的電阻值，阻值過(guò)大起不了作用，過(guò)小增加功耗，且易燒壞開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)。例如，48V 直流繼電器以并聯(lián) 1kQ/5W 電阻為宜，連接不必考慮電源的極性。s斗忸悼屯第C 卜)圖 1 并聯(lián)電阻方式(2)并聯(lián)二極管圖 2 為并聯(lián)二極管抑制瞬變干擾電路，電源與二極管極性的相對(duì)關(guān)系不可任意改變。采用這種方式，能量損耗小，瞬變電壓低，但是該種方式延長(zhǎng)了放電時(shí)間，導(dǎo)致

8、繼電器線包延時(shí)釋放，降低了動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。二極管峰值耐壓應(yīng)為負(fù)載電壓的 3 倍以上?？磆看電招我曲.,一入圖 2 并聯(lián)二極管方式(3)并聯(lián) RC 支路并聯(lián) RC 支路如圖 3 所示。該種方式抑制效果好，但使用元器件較多，RC 數(shù)值的選擇與線圈的電感及內(nèi)阻有關(guān)，與電源極性無(wú)關(guān)，通常 R 在 10100Q 之間，C 在 0.10.5pF 之問(wèn)，選用無(wú)極性電容器，且其耐壓應(yīng)高于電源電壓的峰值。工事應(yīng)事修感(-jI(+)同 cM=HH圖 3 并聯(lián) RC 支路方式(4)其他方式另外，還有并聯(lián)電阻十二極管支路方式(如圖 4 所示)和并聯(lián)雙向二極管或穩(wěn)壓管方式(如圖 5所示)。并聯(lián)電阻十二極管支路方式中，電源

9、與二極管的極性不能顛倒，采用這種方式能減少釋放時(shí)間，提高動(dòng)態(tài)特性。并聯(lián)雙向穩(wěn)壓二極管方式不必考慮電源極性，延遲時(shí)間短，但必須保證穩(wěn)壓二極管的耐壓至少是電源電壓的 2 倍。圖 5 并聯(lián)雙向穩(wěn)壓二極管方式/3.2 開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)干擾的抑制斷開(kāi)繼電器負(fù)載時(shí)，為防止開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生火花放電，除了在線圈兩端加能量釋放通路外，也可在開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)兩端增加并聯(lián)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，一般最常用的是 RC 保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。該保護(hù)網(wǎng)絡(luò)可延長(zhǎng)接點(diǎn)的耐久性，防止噪音及減小電弧引起接點(diǎn)燒毀。圖 6 為繼電器開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)干擾抑制的典型電路。在圖 6 中，RC 串聯(lián)后跨接在開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)兩端，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電感性負(fù)載中存儲(chǔ)的能量通過(guò) RC網(wǎng)絡(luò)放電，避免了觸點(diǎn)間產(chǎn)生放電

10、。RC 的選擇應(yīng)根據(jù)接點(diǎn)的電流和電壓來(lái)確定，電阻 R 相對(duì)于接點(diǎn)電壓為 1V 時(shí)，通常選擇 0.51Q;電容 C 相對(duì)于接點(diǎn)電流為 1A 時(shí)，通常選擇 0.51 仙 Fo但是由于負(fù)載的性質(zhì)和離散特性等的不同，必須考慮電容 C 具有抑制接點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)的放電效果，在一般情況下使用 200300V 的電容器耐壓。電阻 R 的選擇應(yīng)考慮兩個(gè)方面的因素，一方面，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間，希望 R 越小越好，以便電感上存儲(chǔ)的能量變成電容器上的能量；另一方面，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，希望 R 盡可能的大，以免電容器上的能量通過(guò)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)放電時(shí)電流太大而燒毀觸點(diǎn)。一般情況下，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)間存在兩種形式的擊穿電壓，即氣體火花放電和金屬弧光放

11、電。要防止氣體火花放電，應(yīng)控制觸點(diǎn)間電壓低于 300V;要防止金屬弧光放電，應(yīng)控制觸點(diǎn)間的起始電壓上升率小于 1V/s,并把觸點(diǎn)間的瞬態(tài)電流控制在 0.4A 以下。bl比a圖 4 升娛電.陽(yáng)十二極管支路方式圖 6 并聯(lián)明支路方式圖1改進(jìn)型抑帝迪路。圖 7 為一種改進(jìn)型的抑制電路，即在電阻 R 上并聯(lián)一只二極管 Do 在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電感中的能量通過(guò)由 RC、D 組成的電路釋放，由于二極管正向?qū)ǎ瑑?nèi)阻很小，能量很快釋放;當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，充滿電的電容 C 通過(guò)電阻 R 和開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)放電，由于二極管是反向偏置不導(dǎo)通，釋放電流僅從電阻 R 上流過(guò)，如 R 選取足夠大，就不會(huì)引起觸點(diǎn)燒壞。圖 8 并聯(lián)穩(wěn)壓二極管方式在圖 8 中， 當(dāng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)， 觸點(diǎn)兩端出現(xiàn)高電壓形成火花放電， 由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，使觸點(diǎn)兩端的電壓不會(huì)大于電源電壓的 1.5 倍，從而抑制了瞬變電壓和火花。這種電路由于僅用一個(gè)元件，電路簡(jiǎn)單而且效果不錯(cuò)。一般情況下，電感性負(fù)載比純阻性負(fù)載更容易產(chǎn)生氣體火花放電和金屬弧光放電，只要選擇適當(dāng)?shù)囊种齐娐?，可以達(dá)到和純阻性負(fù)載相同的效果。由于抑制電路的種類很多，在此不再作詳細(xì)介紹。4 結(jié)束語(yǔ)隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電臺(tái)自動(dòng)化建設(shè)不斷深入，干擾問(wèn)題已成為制約系統(tǒng)自動(dòng)化控制