硅鋼片鐵氧體等鐵磁材料的導(dǎo)磁率比較高

1、11. 計算機控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計一、干擾的定義系統(tǒng)在工作過程中可能會出現(xiàn)例如不穩(wěn)定、漂移、失真等不正?，F(xiàn)象 。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因：（1）可能因系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量、制造工藝等存在問題（2）也可能是電子測量系統(tǒng)受外部的工作環(huán)境， 如電源電壓波動、環(huán)境溫度變化或其他電氣設(shè)備的影響等。這些來自內(nèi)部和外部的影響系統(tǒng)正常工作的各種因素， 統(tǒng)稱為“干擾”。本章討論的干擾偏于指外部因素。電磁干擾機械干擾熱干擾光干擾濕度干擾化學(xué)干擾尖峰脈沖 大功率設(shè)備啟停工頻噪聲 電源不干凈或動力線對信號線的串?dāng)_電壓波動 電網(wǎng)過欠電壓放電噪聲 電極擊穿、電焊等電磁波干擾接地噪聲 地電位不同雷電干擾 直接雷、感應(yīng)雷電磁干擾

2、EMIElectromagnetic Interference電磁兼容 EMCElectromagnetic Compatibility二、干擾的抑制方法簡介電磁干擾的危害性電磁兼容設(shè)計目的影響它人（害人）自身影響（害己）：穩(wěn)定性、精確度、失效降低電磁干擾輻射，減小對其他設(shè)備的影響使自身免受或少受外部干擾的影響主要手段：屏蔽+接地+防雷+ 防電磁干擾、防靜電干擾，防雷電干擾1.屏蔽(shielding)技術(shù)用來抑制電磁場從空間的一個區(qū)域傳遞到另一個區(qū)域主要分為：屏蔽的效果：吸收反射吸收損耗：干擾波在屏蔽材料中傳播時，會有一部分能量轉(zhuǎn)換成熱量，導(dǎo)致電磁能量損失反射損耗：當(dāng)電磁波入射到不同媒質(zhì)的分

3、界面時，就會發(fā)生反射，使穿過界面的電磁能量減弱外殼（柜體）屏蔽電纜屏蔽抑制電場干擾和抑制磁場干擾是有不同的屏蔽的目的：衰減對目標(biāo)對象的干擾能量主要取決于兩個方面(1) 外殼（柜體）屏蔽電場屏蔽反射為主磁場屏蔽吸收為主高電壓、小電流干擾源：低電壓、大電流干擾源：電場干擾為主，磁場往往可以忽略磁場干擾為主，電場往往可以忽略電場屏蔽適宜材料良導(dǎo)體，接地 與厚度無關(guān)磁場屏蔽適宜材料高導(dǎo)磁率材料 與厚度有關(guān) 電場屏蔽交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接地電阻之“積”。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。電場屏蔽以反射為主

4、，單從電場屏蔽的角度看屏蔽體的厚度關(guān)系不大。屏蔽體 磁場屏蔽簡單的理解：是利用高導(dǎo)磁率的材料構(gòu)成低磁阻通路，實現(xiàn)磁路旁通。 屏蔽體導(dǎo)磁率越高，厚度越大，磁阻越小，效果越好。單純從磁場屏蔽的角度看，用于磁場屏蔽的屏蔽體無需接地。幾個問題：怎么辦？雙層，外層（低導(dǎo)磁材料，內(nèi)層高導(dǎo)磁材料）高頻磁場屏蔽：導(dǎo)磁率越高，適用抑制的頻率越低。高頻磁場通常趨于遠程，用高電導(dǎo)率材料屏蔽體+良好接地通常效果也是不錯高頻強磁場屏蔽：把設(shè)備挪開或結(jié)合前兩種思想解決強磁場屏蔽：高導(dǎo)磁材料在強磁場中極易飽和，喪失導(dǎo)磁效能 屏蔽體上開孔和接縫通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕電源線縫隙漏磁開孔主要影響磁場屏蔽效果減小漏

5、磁的基本思路：用機械手段來增加接觸面的平整度； 增加緊固件（螺釘?shù)龋┑拿芏?用電磁密封襯墊（導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電布等）孔洞的電磁泄漏與孔洞的最大尺寸有關(guān)采用與大孔相同面積的多個小孔構(gòu)成的孔陣代替一個大孔產(chǎn)生的漏磁要小在通風(fēng)孔上安裝一塊與屏蔽體間可靠搭接的金屬網(wǎng)，可減小漏磁 屏蔽材料一般金屬材料的電導(dǎo)率都很高，導(dǎo)磁率不太高高導(dǎo)磁率材料具有以下特點： 導(dǎo)磁率隨頻率升高而降低高導(dǎo)磁率材料在機械沖擊下會極大地影響屏蔽效能強磁場極易引起磁飽和磁屏蔽效能還有材質(zhì)厚度有關(guān)純鐵、硅鋼片、鐵氧體等鐵磁材料的導(dǎo)磁率比較高(5)一般性結(jié)論電場反射損耗大；磁場，反射損耗較小，主要靠高導(dǎo)磁吸收在低頻時，高導(dǎo)磁率材料的屏蔽效果

6、比高電導(dǎo)率材料好在高頻時，高電導(dǎo)率材料的屏蔽效能一般比高導(dǎo)磁率材料好故，低頻磁場用高導(dǎo)磁材料、電場/高頻磁場用良導(dǎo)體進行屏蔽電場屏蔽、靜電屏蔽必須接地，屏蔽體上可以任意開縫;磁場屏蔽不需接地，開縫會有漏磁高導(dǎo)磁率材料表面覆蓋高電導(dǎo)率材料，可以增加屏蔽效果實際屏蔽效果常常取決于屏蔽層上的開孔和接縫情況（細節(jié)）（2）電纜屏蔽與接地絕大多數(shù)干擾波是通過導(dǎo)線傳播和輻射的低電平信號線對外部干擾都是很敏感的電纜屏蔽的目的：抵御干擾、防止輻射（干擾他人）銅絲編制的屏蔽線，主要用于信號線鎧裝電線：用鐵皮或鋁皮將芯線包起來，主要用于電力線還可以使用銅管、鐵管、鋁管作為穿線管，在導(dǎo)線外起屏蔽作用80%-95%以上

7、的面積被金屬網(wǎng)或金屬箔層覆蓋本身具有吸收和反射衰減作用屏蔽層不能不接地；多數(shù)情況問題不在屏蔽層的質(zhì)量上，而在屏蔽接地上電場屏蔽：單端接地時，屏蔽層電壓為零，可顯著減少感應(yīng)電壓；不要把屏蔽層兩端都直接接地，否則極易因地電位差在屏蔽層上形成低頻電流。單端接地原則：信號源端接地，信號源浮地則在受信方接地（誰送電誰接地）磁場屏蔽：兩端接地使電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生感應(yīng)電流，進而產(chǎn)生與主干擾相反的二次場，抵消主干繞場的作用；兩端接地可以降低感應(yīng)面積；，顯著降低磁場耦合感應(yīng)電壓（兩端接地應(yīng)注意等電位）若干結(jié)論高頻/低頻地高頻地混合接地法：可抑制低頻和高頻電場干擾。 雙屏蔽層：內(nèi)層采用單端接地，外層采用雙端接

8、地，但應(yīng)考慮在暫態(tài)電流作用下屏蔽層不致被燒熔，等電位。GB 50217-1994電力工程電纜設(shè)計規(guī)范屏蔽層接地的幾種方式同軸電纜電纜(雙絞線)扁平電纜安全地信號地信號輸入地線接地板接地板一般可以不錯理想電纜群屏蔽接地合理布線（系統(tǒng)）布線時依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，布線結(jié)果要有據(jù)可查布線要盡量短，但要留有裕量（維修改造用）分類走線 弱電信號線路和強電線路必須分開，并保持一定距離 直流信號線路和交流信號線路盡可能分開 模擬信號線路和數(shù)字信號線路盡可能分開機械保護 室內(nèi)走線（加裝穿線管，如PVC管、鍍鋅管、薄壁不銹鋼管等） 架空走線（橋架，室內(nèi)采用噴塑處理、室外采用不銹鋼） 埋地走線（必須加裝穿線管）注意防止鼠患！

9、避免續(xù)接 屏蔽電纜（必要時可焊接，注意續(xù)接處的絕緣和接觸電阻） 雙絞線、光纖、同軸電纜（采用標(biāo)準(zhǔn)接頭）2. 靜電防護技術(shù)兩種材料的摩擦、碰撞、剝離（接觸后分離）的電荷積聚人體有感覺的靜電電壓一般都在上千伏乃至萬伏以上2000V有感；3000V有光現(xiàn)在的集成電路和器件，因光刻線條越來越細（體積越來越?。轨o電的能力越來越低，一般100200V靜電電壓即可致使集成電路燒毀（即使不上電）在易燃易爆場合，靜電影響也極具破壞力，如在有粉塵的場合、煉油化工區(qū)域等等靜電感應(yīng)對高輸入阻抗電路的影響尤為顯著靜電防護的主要措施：（1）【避免】系統(tǒng)表面盡可能平滑，防止靜電積聚；避免化纖類服裝；（2）【疏導(dǎo)】要完全

10、消除靜電積聚很困難，工作臺、地面鋪設(shè)防靜電材料，穿到防靜電服和鞋襪，帶防靜電腕帶；（3）【中和】如果疏導(dǎo)不了，還可以加裝離子風(fēng)機、離子風(fēng)槍來中和靜電荷；其它：地面采用防靜電地板良好接地接地電阻盡可能小，2保持一定濕度可降低靜電影響3. 接地技術(shù)接地就是將一個點與某個電位基準(zhǔn)面（通常是指大地）用導(dǎo)體連接起來建立低電阻的導(dǎo)電通道。三種接地類型：安全接地工作接地干擾抑制接地自然界的土壤地層有3大電氣特性： 導(dǎo)電 導(dǎo)電率介于良導(dǎo)體和絕緣體之間 容電量 可將電氣設(shè)備和地間組成電氣連接可把土壤地層理解為等電位面，成為系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位。 防雷（瞬時高電位、大電流）保護人生設(shè)備安全（電荷積累、絕緣下降）建立信號

11、基準(zhǔn)，防止電子設(shè)備內(nèi)部電路相互干擾受信方-防止外部干擾的影響干擾源-降低干擾輻射保護地工作地從工業(yè)應(yīng)用的角度來看，目前控制系統(tǒng)通常有兩種接地方式：單獨接地等電位聯(lián)結(jié)（連接）接地極獨立、干凈的接地裝置等電位接地網(wǎng)和單獨接地相比，等電位聯(lián)結(jié)有如下的特點：常規(guī)的接地方式會因電氣設(shè)備故障或雷擊會形成建筑物不同部位地電位差的存在，嚴重時無法保障人身和控制系統(tǒng)的安全。采用等電位聯(lián)結(jié)，就可減小或避免這種危險的發(fā)生。由于建筑物各處均為等電位，不易產(chǎn)生共模干擾（基準(zhǔn)相同）實施方便，等電位接地系統(tǒng)已為國際標(biāo)準(zhǔn)采用，并逐步在國家標(biāo)準(zhǔn)中推廣。S型(星型)接地系統(tǒng)ERPEarthing Reference Point

12、接地基準(zhǔn)點等電位接地網(wǎng)控制系統(tǒng)機柜M型(網(wǎng)絡(luò)型)接地系統(tǒng)混合型接地系統(tǒng)PE電源保護地工作地PE配電箱等電位接地網(wǎng)機柜接地匯流排接地干線注：兩個接地點間會有數(shù)mV，甚至幾伏的電位差。這對弱電信號來說，是一個嚴重的干擾；控制系統(tǒng)的工作地和保護地不能在“柜內(nèi)”混用。串聯(lián)接地因各電路的地電流在地線阻抗以及連接阻抗會引起各電路間的耦合，應(yīng)避免使用。如果不可避免，則應(yīng)盡量使地線阻抗趨向最小。系統(tǒng)內(nèi)部連接（串聯(lián)接地和并聯(lián)接地）設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備3I3I2I1ABCR1R2R3VAVBVC設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備3R1R2R3I1I2I3R4A并聯(lián)接地：電路間耦合減小應(yīng)強調(diào)“分類匯總”。匯總點離和地的接入點愈近與好。（

13、R4顯然是愈小愈好）接地電阻接地電阻包括上述四個電阻之和。其中，接地體附近的土壤電阻是主要的，RG2/RG3往往可以忽略不計。接地板、接地導(dǎo)線電阻接地體電阻接地體與土壤接觸電阻附近土壤電阻雖然土壤為不良導(dǎo)體，但因其容量、電流通路截面積很大，故接地電阻仍然很小。接地電阻主要取決于接地極附近的接地電阻值，和接地極的形狀大小有關(guān)。上述接地電阻是指工頻電流從接地體向周圍大地散流時，土壤呈現(xiàn)的電阻值，即為工頻接地電阻?？刂葡到y(tǒng)的接地電阻通常要求41）儀表和控制系統(tǒng)的接地聯(lián)結(jié)采用分類匯總，最終與總接地板聯(lián)結(jié)的方式。交流電源的中線起始端應(yīng)與接地極或總接地板連接。2）當(dāng)已把建筑物（或裝置）的金屬結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)鋼筋

14、、金屬設(shè)備、管道、進線配電箱的PE（保護接地線）母排等形成等電位聯(lián)結(jié)時，儀表、控制系統(tǒng)各類接地也應(yīng)匯接到該總接地板，實現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié)。3）當(dāng)尚未形成等電位聯(lián)結(jié)，儀表、控制系統(tǒng)可以采用單獨接地，工作接地采用單獨的接地體并與電氣專業(yè)接地體須相距5m以上。4）在各類接地聯(lián)結(jié)中嚴禁接入開關(guān)或熔斷器；地下部分要采用焊接連接。接地原則4.系統(tǒng)的防雷防雷的本質(zhì)就是浪涌抑制，應(yīng)在大干擾（如雷電能量）進入設(shè)備前將能量泄放至大地 ABS2S3S1 ABS2S3S1 ABS2S3S1電涌(浪涌)保護器SPDSurge Protection Device可以有目的限制瞬態(tài)過電壓和轉(zhuǎn)移浪涌電流一個PSD裝置，它至少使用了

15、一個非線性零件?；鸹ㄩg隙Spark Gap氣體放電管(GDT)壓敏電阻(MOV) 抑制二極管(SAD)響應(yīng)時間泄放能力非線性元器件限壓型器件，當(dāng)兩端施加工作電壓時阻值很高，漏電流為A級。隨著電壓升高，阻值降低，電壓超過一定值后阻值急劇降低，漏電流可高達幾十KA，形成雷電泄放通道。當(dāng)電壓回復(fù)至工作電壓后，壓敏電阻恢復(fù)原來狀態(tài)。Uc： 最大持續(xù)工作交流電壓，開關(guān)電源一般為300V左右。U1mA：標(biāo)稱電壓，指漏電流達到1mA時施加的端電壓，一般為470V。 Umax：最大限制電壓 In： 額定通流能力，能安全泄放多次雷電流，一般 20KA。 Imax：最大通流能力，能安全泄放1次，一般 40KA，泄

16、放后電阻可能損壞。 響應(yīng)時間：一般響應(yīng)時間為1100ns。正常工作時300V1mA標(biāo)稱電壓下=470V=1mA泄放電壓775V可達40KA通?？梢园凑?Uc=1.5*UP或=2.2*UAC計算，UP為峰值電壓，單相電網(wǎng)為310VA.壓敏電阻氣體放電管為開關(guān)型器件。當(dāng)放電管兩端電壓小于觸發(fā)電壓時，為斷路狀態(tài)，基本無漏電流。當(dāng)電壓高于觸發(fā)電壓時，氣隙被擊穿，可認為短路。直流開關(guān)電源常用的放電管工作電壓為255V，促發(fā)電壓為400V左右。放電管觸發(fā)以后，當(dāng)兩端的電壓下降至工作電壓以內(nèi)時，氣隙不能滅弧，繼續(xù)有電流通過。氣體放電管的滅弧電壓很低，一般為2050V，因此不能安裝在火線與零線、火線與地線之間

17、。正常工作時觸發(fā)電壓400VR 0I =40KA續(xù)流期間50VR 0B.氣體放電管應(yīng)用于控制系統(tǒng)的電源類電涌保護器24V 開關(guān)電源 ： PT 2-PE/S-24AC/FM220V開關(guān)電源 ： PT 2-PE/S-230AC/FM插拔式防雷保護單元適用單相電源的保護額定浪涌放電電流 In= 3 KA (8/20)s (每相) Imax = 10 KA (8/20)s緊湊設(shè)計: 僅 17.7mm寬應(yīng)用于控制系統(tǒng)的信號類電涌保護器 4-20mA 模擬量信號 & 開關(guān)量信號PT 1x2.for 1對模擬量信號 PT 2x2 for 2對模擬量信號PT 2x1 for 2對開關(guān)量信號PT 4x1 for

18、 4對開關(guān)量信號 多種電壓等級可選擇：5V , 12V, 24V, 48VPT 1X2-24DCPT 2X1-24DC現(xiàn)場柜內(nèi) IN電源變送器PT 1x224DC-STPHOENIXCONTACTPLUGTRABPT 1x224DC-STPHOENIXCONTACTPLUGTRAB IN OUT OUT0.20mASensor+24V-I 0.20mA0.20mAPT 1X2-24DC 應(yīng)用圖例 熱電阻 & 熱電耦 PT 4 for 3- or 4- 線溫度測量 多種電壓等級可選擇：5V , 12V, 24VNotes: PT 4產(chǎn)品在回路中無電阻OUT INRIPT 4-24DC 應(yīng)用圖例最大持續(xù)工作電壓Uc:5.2V DC額定工作電流IN: 450mA沖擊電流Iimp(10/350)us: 2.5kA標(biāo)稱放電電流In(8/20)us :20kA截止頻率fg : 70MHz連接方式：螺釘連接Profibus: 基于485接口的通訊協(xié)議適用于Profibus 的電涌保護器：PT 3-PB最大持續(xù)工作電壓Uc:5.2V DC額定工作電流IN: 500mA標(biāo)稱放電電流In(8/20)us :700A截