继电器电磁干扰的分析及抑制

继电器电磁干扰的分析及抑制(2012-06-0610:38:50)转载▼标签：继电器it分类：其它知识摘要：本文主要介绍了对电气设备中继电器及其开关触点干扰抑制的机理，提出了抑制干扰的有效措施。关键词：继电器电磁干扰分析抑制1前言随着科学技术的飞速发展，电子、电力电子、电气设备应用越来越广泛，它们在运行过程中会产生较强的电磁干扰和谐波干扰。其中，电磁干扰具有很宽的频率范围（从几百Hz到MHz），又有一定的幅度，经过传导和辐射会污染电磁环境，对电子设备造成干扰，有时甚至危及操作人员的安全。特别是大功率中、短波广播发射中心，其周围电磁环境尤为复杂，要想保证设备安全稳定运行，电子设备及电源必须具有更高的电磁兼容性。2电磁干扰的抑制电磁干扰EMI(ElectromagneticInterference)是指由无用信号或电磁骚扰（噪声）对有用电磁信号的接收或传输所造成的损害。一个系统或系统内，某一线路受到电磁干扰的程度可以表示为如下关系式：N=G×C/I其中：G为噪声源强度；I为受干扰电路的敏感程度；C为噪声通过某种途径传导受干扰处的耦合因素。从上式可以看出，电磁干扰抑制的技术就是围绕这三个要素所采取的各种措施，归纳起来就是：（1）抑制电磁干扰源；（2）切断电磁干扰耦合途径；（3）降低电磁敏感装置的敏感性。2.1抑制电磁干扰源首先必须确定干扰源在何处，越靠近干扰源的地方采取措施抑制效果越好，一般来说，电流电压瞬变的地方（即di/dt或du/dt）即是干扰源，如：继电器开合、电容充放电、电机运转、集成电路开关工作等都可能成为干扰源。另外，市电并非理想的50Hz正弦波，其中充满各种频率噪声，也是不可忽视的干扰源。抑制干扰源就是尽可能的减小di/dt或du/dt，这是抗干扰设计时最优先和最重要的原则。减小di/dt的干扰源，主要是在干扰回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现；减小du/dt的干扰源，则是通过在干扰源两端并联电容来实现。抑制方法通常采用低噪声电路、瞬态抑制电路、稳压电路等，所选用的器件应尽可能采用低噪声、高频特性好、稳定性高的电子元件，特别要注意，抑制电路中不适当的器件选择可能会产生新的干扰源。2.2切断电磁干扰耦合的途径电磁干扰耦合途径主要包括传导和辐射两种。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰，抑制传导干扰主要是通过在导线上增加滤波器的方法切断干扰源，有时也可加隔离光耦来解决。滤波器分为低通（LPF）、高通（HPF）、带阻（BEF）、带通（BPF）等四种，可根据信号与噪声频率的差别选择不同类型的滤波器，对于要求较高的设备，则必须采用穿心滤波器。辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰，对于辐射干扰，主要是采用屏蔽技术和分层技术。屏蔽技术是一门科学，选择合适的屏蔽材料，在适当的位置进行屏蔽，对于屏蔽效果至关重要，尤其是屏蔽室的设计。可供选择的屏蔽材料种类繁多，有各种金属板、铜丝网、导电橡胶、导电胶、导电玻璃等等，应根据需要进行选择。屏蔽室的设计应充分考虑门窗、通风口、进出线口的屏蔽与搭接，除静电屏蔽外，还应考虑磁屏蔽及接地。2.3降低电磁敏感装置的灵敏度电磁敏感装置的灵敏度本身具有矛盾的双重性，一方面，人们希望电磁敏感装置灵敏度高一些，以提高对信号的接收能力；另一方面，其灵敏度越高，受噪声影响的可能性也就越大。因此，应根据具体情况，采用降额设计、屏蔽设计、网络钝化、功能钝化等方法使问题得到解决。电磁干扰抑制方法很多，可以选择一种或多种综合应用，但不论选择什么方法，都应从设计之初就着手系统电磁兼容性的考虑。3继电器及其开关触点干扰的抑制继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子等设备中，是最重要的控制元件之一。继电器的开合本身所产生的电磁干扰是绝对不能忽视的，为保证各种设备的安全稳定运行，对继电器及其开关触点电磁干扰的抑制尤为重要。3.1继电器线圈瞬变干扰的抑制继电器线圈（以直流继电器为例）是感性负载，在电源断电瞬间会产生瞬变电压，有时高达几kV，如此高的电压足以损坏相关元器件；不仅如此，由于其含有丰富的谐波，可通过线路间的分布电容、绝缘电阻侵入控制系统，导致误动作。为防止元器件损坏、电路误动作等，就必须采取抑制措施，由于断路产生的瞬变电压能量大、频谱宽，仅仅采用滤波或隔离措施难以凑效，抑制瞬变干扰，通常采用如下几种常见的方式：（1）并联电阻图1为并联电阻抑制瞬变干扰电路，在图1中，K为电路的控制开关，L为继电器线圈的电感。该抑制电路的关键是正确选择所并联的电阻值，阻值过大起不了作用，过小增加功耗，且易烧坏开关触点。例如，48V直流继电器以并联1kΩ/5W电阻为宜，连接不必考虑电源的极性。图1并联电阻方式（2）并联二极管图2为并联二极管抑制瞬变干扰电路，电源与二极管极性的相对关系不可任意改变。采用这种方式，能量损耗小，瞬变电压低，但是该种方式延长了放电时间，导致继电器线包延时释放，降低了动态响应性能。二极管峰值耐压应为负载电压的3倍以上。图2并联二极管方式（3）并联RC支路并联RC支路如图3所示。该种方式抑制效果好，但使用元器件较多，R、C数值的选择与线圈的电感及内阻有关，与电源极性无关，通常R在10～100Ω之间，C在0.1～0.5μF之间，选用无极性电容器，且其耐压应高于电源电压的峰值。图3并联RC支路方式（4）其他方式另外，还有并联电阻+二极管支路方式（如图4所示）和并联双向二极管或稳压管方式（如图5所示）。并联电阻+二极管支路方式中，电源与二极管的极性不能颠倒，采用这种方式能减少释放时间，提高动态特性。并联双向稳压二极管方式不必考虑电源极性，延迟时间短，但必须保证稳压二极管的耐压至少是电源电压的2倍。3.2开关触点干扰的抑制断开继电器负载时，为防止开关触点产生火花放电，除了在线圈两端加能量释放通路外，也可在开关触点两端增加并联保护网络，一般最常用的是RC保护网络。该保护网络可延长接点的耐久性，防止噪音及减小电弧引起接点烧毁。图6为继电器开关触点干扰抑制的典型电路。在图6中，R、C串联后跨接在开关触点两端，当开关断开时电感性负载中存储的能量通过RC网络放电，避免了触点间产生放电。R、C的选择应根据接点的电流和电压来确定，电阻R相对于接点电压为1V时，通常选择0.5～1Ω；电容C相对于接点电流为1A时，通常选择0.5～1μF。但是由于负载的性质和离散特性等的不同，必须考虑电容C具有抑制接点断开时的放电效果，在一般情况下使用200～300V的电容器耐压。电阻R的选择应考虑两个方面的因素，一方面，在开关断开瞬间，希望R越小越好，以便电感上存储的能量变成电容器上的能量；另一方面，当开关闭合时，希望R尽可能的大，以免电容器上的能量通过开关触点放电时电流太大而烧毁触点。一般情况下，开关触点间存在两种形式的击穿电压，即气体火花放电和金属弧光放电。要防止气体火花放电，应控制触点间电压低于300V；要防止金属弧光放电，应控制触点间的起始电压上升率小于1V/μs，并把触点间的瞬态电流控制在0.4A以下。图7为一种改进型的抑制电路，即在电阻R上并联一只二极管D。在开关断开时，电感中的能量通过由R、C、D组成的电路释放，由于二极管正向导通，内阻很小，能量很快释放；当开关闭合时，充满电的电容C通过电阻R和开关触点放电，由于二极管是反向偏置不导通，释放电流仅从电阻R上流过，如R选取足够大，就不会引起触点烧坏。另外，还可采用在开关触点两端并联稳压二极管的抑制电路，如图8所示。图8并联稳压二极管方式在图8中，当开关触点断开时，触点两端出现高电压形成火花放电，由于稳压管的稳压特性，使触点两端的电压不会大于电源电压的1.5倍，从而抑制了瞬变电压和火花。这种电路由于仅用一个元件，电路简单而且效果不错。一般情况下，电感性负载比纯阻性负载更容易产生气体火花放电和金属弧光放电，只要选择适当的抑制电路，可以达到和纯阻性负载相同的效果。由于抑制电路的种类很多，在此不再作详细介绍。4结束语随着信息技术的不断发展，电台自动化建设不断深入，干扰问题已成为制约系统自动化控制的瓶颈，如何减小相互间的电磁干扰，使各种设备和系统能正常运转，是一个亟待解决的问题。在采用不同的方法对电磁干扰进行抑制时，应分析其综合效应，并对所采用的干扰抑制手段的作用进行恰当的预估，才能获得较理想的效果。参考文献：[1]蔡仁钢.电磁兼容原理和预测技术,北京航空航天大学出版社,1997[2]张乃国.电源干扰与抗干扰,华港出版社,2003（作者单位系国家广电总局2022台）