浅议工厂仪器设备如何避免电磁干扰

1问题的提出

　　随着自动化技术的发展， 各种自动化设备用得越来越多， 仪器相互间产生电磁干扰的现象也越来越严重，以致影响工作的正常进行。为此， 电磁干扰抑制技术的应用在工厂生产、科研等工作中正日益得到重视。

眉山车辆厂（ 以下简称眉厂） 在货车、空重车自动转换装置的研制试验中， 为模拟列车运行中的振动， 采用了调频调幅振动试验台。该试验台为适应较宽的调频范围， 又采用了变频器和电机主轴两级变频控制。

将工业电网上的三相交流电接入变频器， 调整频率后输入到三相电机， 使电机主轴带动偏心轮转动， 并通过连杆使滑块上下滑动。改变振动台架上传感阀探头的伸出长度， 由传感器测试传感阀内压力的变化， 并将信号送到记录仪处理后显示。

眉厂曾在新产品开发试验中遇到由于变频器产生电磁波干扰测试装置， 导致系统无法准确监测， 致使试验中断的情况。

2 原因的查找

试验中， 只要打开变频器， 电机投入运转， 记录仪上的气压示值就会立即下降 P（ P 在 20 kPa 以上） ， 而此时传感阀尚无任何动作， 内部气压不该有变化。关掉变频器后， 电机停止转动， 记录仪示值马上又恢复正常。显然是振动台的运转干扰了对压力值的测试。

根据试验设备的布置， 分析其干扰可能是下列4 种情况引起：

（ 1） 振动试验台消耗功率大， 引起电源电压不稳， 使传感器电压或记录仪电压产生波动；
      （ 2） 变频器或电机产生的电磁干扰从电源线反串回电网， 影响了传感器和记录仪的电源；
      （ 3） 电机或变频器的运转使周围电器产生感应电势， 形成静电干扰；
      （ 4） 变频器或电机运转时形成的电磁波向周围空间发散， 形成发散的电磁波干扰。

对前两种情况， 可能性不大， 因为传感器和记录仪的供电都用了稳压电源。但为了试验需要， 仍预备了 1 台机动的电源， 用其单独给记录仪和传感器供电作试验。这样气压测试部分和工业电网已隔断， 其电源受影响的可能性已排除。可振动台运转后， 记录仪示值所受干扰无丝毫改善。

是否属于第 3 种情况呢 细看两台稳压器和记录仪、传感器， 都有封闭较好的金属外壳， 连接记录仪和传感器的又是带铜丝网的屏蔽电缆。若是产生了静电干扰， 就会在记录仪与传感器的外壳及电缆的屏蔽网上产生感应电势， 只要降低这些外壳及屏蔽铜丝网的电势， 就可屏蔽掉静电干扰了。把这些外壳和屏蔽铜网全部接地后开机再试， 干扰现象仍没有改善。看来只有第 4 种情况成立了。

为了确定变频器和电机到底哪个是干扰源， 先试电机， 把变频器从线路中脱开， 电机通过开关直接接到电网上， 其他试验布置不变。接好线后合闸， 记录仪示值不受干扰了， 看来干扰源是变频器。变频器下部是铝质底座， 上部是塑料外壳。塑料外壳没有电磁屏蔽作用， 可以认为是变频器外壳屏蔽不好， 变频器内产生的电磁波向外发散形成了干扰。为此找了一个现成的铁箱， 铁箱由一个数毫米厚的铁板焊接而成， 能放进变频器并能封闭。用它作变频器的屏蔽外壳， 应该能起一定作用。将变频器放入铁箱， 仍接回电网和电机之间， 可再次起动变频器后， 原记录仪示值的干扰仍没有削弱。看来， 干扰肯定是由变频器引起的， 但不是电磁波直接从变频器处发散造成的。

为了确切地找到原因， 用一般的万用表是无法测试电磁波的， 为此采用了示波器。

在变频器和电机都运转的情况下， 用示波器对电网、变频器和电机外壳及它们之间的连接导线逐点测试， 结果在变频器输出到电机的导线上发现有很强的高次谐波。原来这一段导线是要找的电磁波发射源。

经过查阅变频器的说明书和相关资料， 找到该干扰产生的原因。变频器工作时， 先要把50 Hz 工频电源整变成直流电， 再由变频器内部控制电路产生振荡， 控制可控硅电流通断， 经可控硅流出的电流再经滤波电路滤波、积分等电路整形后输出。可控硅输出电流常伴有高次谐波， 若没被滤掉， 就会反馈到变频器的输出导线上。高频电磁波的发射能力比较强，加上变频器的输出功率也比较大， 就从变频器输出导线上发散到了周围空间， 窜入测试线路形成了干扰。对付这种高频电磁波， 最有效的办法是用铜、铝等导电性好的材料制成屏蔽罩， 罩住发射源。利用高频电磁场能在屏蔽导体内产生涡电流， 涡电流又产生出反磁场来抵消高频干扰电磁场。

通过把变频器和电机之间的导线全换成有铜网屏蔽层的电缆， 再试验， 记录仪示值受干扰的问题终于被解决了。

3 相关的建议

在工厂的生产和科研中， 电磁干扰常影响监测、控制等信号的采集和传送， 导致控制失常， 信号失真， 测试出现系统误差等负面影响， 轻者影响工作质量， 重者使工作无法继续进行， 必须及时抑制。常出现的电磁干扰除以上高频电磁场干扰外， 还有低频电磁场干扰和静电干扰。对付低频电磁场的干扰， 则不能像对付高频电磁场一样处理， 最好用高磁导率的铁磁材料， 如坡莫合金作成屏蔽罩， 罩住干扰源，使干扰磁力线在屏蔽罩内构成回路。屏蔽罩要有较高的磁导率和一定的厚度， 才可达到屏蔽效果。而对一般的静电干扰， 只需用低电阻的金属材料作成屏蔽盒， 盒体接地， 罩住干扰源或被干扰者即可。