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  (2012-06-06 10:38:50)轉(zhuǎn)載標(biāo)簽： 繼電器 it分類： 其它知識摘要：本文主要介紹了對電氣設(shè)備中繼電器及其開關(guān)觸點干擾抑制的機(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)用越來越廣泛，它們在運行過程中會產(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)過傳導(dǎo)和輻射會污染電磁環(huán)境，對電子設(shè)備造成干擾，有時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，其周圍電磁環(huán)境尤為復(fù)雜，

2、要想保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行，電子設(shè)備及電源必須具有更高的電磁兼容性。2電磁干擾的抑制電磁干擾EMI(Electromagnetic Interference)是指由無用信號或電磁騷擾（噪聲）對有用電磁信號的接收或傳輸所造成的損害。一個系統(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=G×C/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)就是圍繞這三個要素所采取的各種措施，歸納起來就是：（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

3、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施抑制效果越好，一般來說，電流電壓瞬變的地方（即di/dt或du/dt）即是干擾源，如：繼電器開合、電容充放電、電機(jī)運轉(zhuǎn)、集成電路開關(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)計時最優(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)流二極管來實現(xiàn)；減小du/dt的干擾源，則是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(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

4、低噪聲、高頻特性好、穩(wěn)定性高的電子元件，特別要注意，抑制電路中不適當(dāng)?shù)钠骷x擇可能會產(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)干擾主要是通過在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷干擾源，有時也可加隔離光耦來解決。濾波器分為低通（LPF）、高通（HPF）、帶阻（BEF）、帶通（BPF）等四種，可根據(jù)信號與噪聲頻率的差別選擇不同類型的濾波器，對于要求較高的設(shè)備，則必須采用穿心濾波器。輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾，對于輻射干擾，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

5、適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行屏蔽，對于屏蔽效果至關(guān)重要，尤其是屏蔽室的設(shè)計?？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，以提高對信號的接收能力；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、屏蔽設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)鈍化、功能鈍化等方法使問題得到解決。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

6、論選擇什么方法，都應(yīng)從設(shè)計之初就著手系統(tǒng)電磁兼容性的考慮。3繼電器及其開關(guān)觸點干擾的抑制繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動控制、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。繼電器的開合本身所產(chǎn)生的電磁干擾是絕對不能忽視的，為保證各種設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，對繼電器及其開關(guān)觸點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，在電源斷電瞬間會產(chǎn)生瞬變電壓，有時高達(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，可通過線路間的分布電容、絕緣電阻侵入控制系統(tǒng)，導(dǎo)致誤動作。為防止元器件損壞、電

7、路誤動作等，就必須采取抑制措施，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，阻值過大起不了作用，過小增加功耗，且易燒壞開關(guān)觸點。例如，48V直流繼電器以并聯(lián)1k/5W電阻為宜，連接不必考慮電源的極性。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，但是該種方式延長了放電時間，導(dǎo)致繼電器線包延時釋

8、放，降低了動態(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。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，R、C數(shù)值的選擇與線圈的電感及內(nèi)阻有關(guān)，與電源極性無關(guān)，通常R在10100之間，C在0.10.5F之間，選用無極性電容器，且其耐壓應(yīng)高于電源電壓的峰值。圖3并聯(lián)RC支路方式（4）其他方式另外，還有并聯(lián)電阻+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+二極管支路方式中，電源與二極管的極性不能顛倒，采用這種方式能減少釋放時間，提高動態(tài)特性。并聯(lián)雙向穩(wěn)壓二極管方式不必考慮電源極性，延遲時間短，但必須保證穩(wěn)

9、壓二極管的耐壓至少是電源電壓的2倍。3.2 開關(guān)觸點干擾的抑制斷開繼電器負(fù)載時，為防止開關(guān)觸點產(chǎn)生火花放電，除了在線圈兩端加能量釋放通路外，也可在開關(guān)觸點兩端增加并聯(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)可延長接點的耐久性，防止噪音及減小電弧引起接點燒毀。圖6為繼電器開關(guān)觸點干擾抑制的典型電路。在圖6中，R、C串聯(lián)后跨接在開關(guān)觸點兩端，當(dāng)開關(guān)斷開時電感性負(fù)載中存儲的能量通過RC網(wǎng)絡(luò)放電，避免了觸點間產(chǎn)生放電。R、C的選擇應(yīng)根據(jù)接點的電流和電壓來確定，電阻R相對于接點電壓為1V時，通常選擇0.51；電容C相對于接點電流為1A時，通常選擇0.51F。但是由于負(fù)載的性質(zhì)和離散特性

10、等的不同，必須考慮電容C具有抑制接點斷開時的放電效果，在一般情況下使用200300V的電容器耐壓。電阻R的選擇應(yīng)考慮兩個方面的因素，一方面，在開關(guān)斷開瞬間，希望R越小越好，以便電感上存儲的能量變成電容器上的能量；另一方面，當(dāng)開關(guān)閉合時，希望R盡可能的大，以免電容器上的能量通過開關(guān)觸點放電時電流太大而燒毀觸點。一般情況下，開關(guān)觸點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電。要防止氣體火花放電，應(yīng)控制觸點間電壓低于300V；要防止金屬弧光放電，應(yīng)控制觸點間的起始電壓上升率小于1V/s，并把觸點間的瞬態(tài)電流控制在0.4A以下。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D。在開

11、關(guān)斷開時，電感中的能量通過由R、C、D組成的電路釋放，由于二極管正向?qū)?，?nèi)阻很小，能量很快釋放；當(dāng)開關(guān)閉合時，充滿電的電容C通過電阻R和開關(guān)觸點放電，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，如R選取足夠大，就不會引起觸點燒壞。另外，還可采用在開關(guān)觸點兩端并聯(lián)穩(wěn)壓二極管的抑制電路，如圖8所示。圖8并聯(lián)穩(wěn)壓二極管方式在圖8中，當(dāng)開關(guān)觸點斷開時，觸點兩端出現(xiàn)高電壓形成火花放電，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，使觸點兩端的電壓不會大于電源電壓的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元件，電路簡單而且效果不錯。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)囊种齐娐罚梢赃_(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)束語隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電臺自動化建設(shè)不斷深入，干擾問題已成為制約系統(tǒng)自動化控制的瓶頸，如何減小相互間的電磁干擾，使各種設(shè)備和系統(tǒng)能正常運轉(zhuǎn)，是一個亟待解決的問題。在采用不同的方法對電磁干擾進(jìn)行抑制時，應(yīng)分析其綜合效