電氣控制柜的抗震和電磁屏蔽改進設計

陳興

摘 要：電磁干擾和震動是電氣控制柜在運行工作中經常遇到的問題，對控制柜的安全穩定運行和使用壽命等都有很大的影響。因此，為了確保電氣控制柜的安全穩定運行，減少因震動造成的故障損壞，延長控制柜的使用壽命，我們必須要加強對控制柜的抗震和電磁屏蔽的改進設計，本文對此進行了研究和探討。

關鍵詞：電氣控制柜；抗震；電磁屏蔽；改進設計

隨著電氣技術和自動化控制技術的發展，電氣控制柜在網絡、機械、電力等自動控制環節中的應用越來越廣泛，以PLC控制柜為代表的電氣控制柜更是以良好的集成性和穩定性成為現代工業的核心和靈魂，電氣控制柜在現代社會生產活動中的重要性也由此可見一斑。電氣控制柜內容納了很多精密的電子電氣元件，它們對工況環境的要求比較高，只有在平穩、干燥、少塵、無電磁干擾的工況環境下才能保持長期的安全穩定運行。而電氣控制柜在工業生產等方面的實際應用中，由于工況環境比較復雜，電氣控制柜結構越來越緊湊，因而也經常會不可避免地受到震動和電磁干擾的影響。頻繁的震動和電磁干擾影響下，不僅容易造成電氣元件焊接點和線路的松脫，而且還會影響電氣元件工作的穩定性，繼而造成生產停滯甚至引發一些安全事故，因此，人們對電氣控制柜結構中的抗震和電磁屏蔽的改進設計也提出了更高的要求。通過實踐研究，從材料選擇、表面處理、走線接地等方面入手進行改進設計，可以有效減少控制柜的電磁干擾。

1 電氣控制柜的電磁干擾分析

1.1 電磁兼容性與電磁干擾

現代社會是電氣化的時代，電氣控制柜在各領域的應用越來越廣泛，并且其結構設計中也是越來越緊湊，在電氣控制柜集成性、功能性更強大的同時，各電子裝備相互間的電磁干擾也更加嚴重。柜內電子設備處在一個復雜的電磁環境中，為了使電氣設備在電磁環境中正常運行，各項性能指標不受影響，這就需要電氣設備本身要具有抵抗環境電磁干擾（EMI）的能力；而與此同時，設備還應具有一定的電磁兼容能力（EMC），使設備不干擾其他設備的正常工作。電氣控制柜的改進設計中應充分考慮到電磁干擾和電磁兼容性的要求，做好相應的屏蔽措施。

1.2 自生干擾

自生干擾顧名思義，是指電氣設備內部各功能單元之間通過電路連接和電磁輻射而產生的干擾。其干擾表現為各功能單元內部產生的高頻輻射，對元器件本身或其他元器件的穩定性造成的干擾影響；印刷電路板上的級間漏電和線間電容造成的干擾。

1.3 入侵干擾

入侵干擾是指電氣控制柜以外的干擾因素對電氣控制系統產生的干擾。主要包括外部高頻高壓設備產生的強磁場的輻射干擾；各功能單元電路中開關電源、變壓器、逆變器等產生的干擾；外部高電壓設備通過公共接地和公用電源對電氣控制柜系統產生的干擾；由設備散熱產生的熱輻射而對單元性能和整機功能等造成的干擾。

2 電氣控制柜的抗震和電磁屏蔽改進設計

根據電磁學的基本原理，凡是利用導磁性和導電性能良好的材料所構成的密閉殼體都具有明顯的電磁屏蔽功能，在電氣控制柜的抗電磁干擾設計中，也應充分利用該原理來控制電磁感應和輻射的傳播，抑制電磁干擾。

2.1 電氣控制柜的整體設計和屏蔽材料的選擇

根據電磁學基本原理我們可知，屏蔽材料的選擇對電磁屏蔽效果的影響是最大的，在屏蔽材料選擇上一定要選用導磁性和導電性良好的材料，如果靜電屏蔽和電磁屏蔽都要兼顧的話，可采用電場屏蔽和磁場屏蔽雙層屏蔽的結構來解決，其屏蔽效果為每層屏蔽效果之和。一般情況下屏蔽材料的選擇對1KHZ以下的低頻屏蔽體選用磁導率較高的磁性材料，如鐵、坡莫合金等；對高頻屏蔽體選用良導體。由于剛材料具有較高的導電率，因此也是用于磁場屏蔽的理想材料。一般來講，電氣控制柜的柜體通常采用不銹鋼材料，一來是可以抵抗外界的電磁干擾，再者也確保了柜體結構的強度和穩定性，提高了柜體的抗震性能。雖然屏蔽材料的厚度與其屏蔽效果是成正比的，但在實際應用中考慮到厚度對其尺寸、重量、適用性等方面的影響，因而其厚度也應根據實際情況來確定，在確保良好屏蔽效果的基礎上盡量薄一些。

2.2 接縫設計

屏蔽體的表面應是平滑而成一體的表面，無縫隙、無孔洞，才能確保屏蔽體良好的電磁屏蔽效果。但在實際中，電氣控制柜的機殼通常是采用焊接、螺接等方法加工而成的，由于焊接質量和螺絲緊固件之間存在的不密閉空間，使得屏蔽體表面的金屬板之間經常存在一些細長的縫隙，繼而也導致了屏蔽效果的下降。從控制縫隙方面考慮，柜體的接縫形式以搭邊焊最為理想，并且相比于螺接等方式，焊接柜體的穩定性和抗震性能也更好。為控制焊縫質量，保證屏蔽效果，在焊縫設計時應注意以下：焊接前應做好校直工作，在結合處需采用連續焊接，同時應使用夾具定位等方式，以減少焊接變形；焊縫必須保證焊接牢靠，不得有虛焊、漏焊以及裂紋、燒穿等情況，焊接高度均等于被焊接的最小質量。

2.3 布線的抗震和抗干擾防護設計

由于不同電纜中電位各不相同，因此，電纜的電磁泄露也會造成電磁干擾，這就需要我們采取合理的布線設計，才能有效地抑制這類干擾。布線設計中一是要將容易受到干擾的弱電線與發射干擾的強電線分開布置，使它們盡量遠離，布線設計時合理安排好強電和弱電的左右分區；二是要減小回路的布線網孔，利用絞合線完成布線；三是要使接線盡量短、直，切不可迂回繞彎，如果迂回繞彎形成線圈的話，比較容易形成和接受電磁干擾。因此，在布局中應將空開和接觸器等分開布置于上、下格子中，以減少其干擾的產生。同時注意電纜、電氣元件等要螺絲、卡子等固定牢靠，有防震要求的應增加減震裝置，其緊固螺栓也應采取相應的防松措施。

參考文獻

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（作者單位：邯鄲市天海人力資源有限公司）