電力電子設(shè)備電磁干擾問題分析及防范措施

翟高飛 張潤生 劉軼男 張劭瑋 趙博

【摘 ?要】由于電力電子設(shè)備在運(yùn)行過程中，會受到來自電磁的干擾，從而影響其正常使用。因此，本文主要針對電力電子設(shè)備的電磁干擾問題進(jìn)行了深入分析，并提出了相關(guān)的防范措施。

【關(guān)鍵詞】電力電子設(shè)備;電磁干擾;問題;防范

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力電子設(shè)備在人民生活領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍愈發(fā)廣泛。不過，在使用這些設(shè)備的過程中，卻始終難以規(guī)避一些干擾源，從而不利于設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了使這些設(shè)備可以在電磁干擾的狀態(tài)下得以運(yùn)行，工作人員開始找尋防范措施。

一、電力電子設(shè)備的分類

電力電子設(shè)備也被稱做為變換器，顧名思義，該設(shè)備主要是以電力電子元件為核心，采用不同的電路控制方式對電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并予以操控。電路控制的方式主要分為以下4點(diǎn)：

1.AC/DC整流器，其作為一個(gè)較為傳統(tǒng)的整流器，可以直接將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將大量的諧波電流引入至電網(wǎng)內(nèi)。不過，此舉同時(shí)也會對網(wǎng)測功率的因數(shù)造成負(fù)面影響。

2.DC/DC斬波器，其可以在直流電中實(shí)現(xiàn)由不可控到可控的轉(zhuǎn)變，因此，它主要應(yīng)用于直流調(diào)速與通信電源。

3.DC/AC逆變器，其可以使直流電變?yōu)轭l率和幅值各不相同的交流電，它主要應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速等情況。

4.AC/AC逆變器，其可以使任意頻率與電壓的交流電變換成頻率與電壓相異的交流電，它主要應(yīng)用于連接不同電力系統(tǒng)等情況。

二、電力電子設(shè)備的干擾問題來源

對于電力電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成干擾的主要方式在于電磁干擾，主要有以下三種。

（一）自然與人為干擾

自然干擾與人為干擾的來源不一致，自然干擾是指來自于地球外部空間的宇宙噪聲以及大氣層中存在的天電噪音，同時(shí)，這兩個(gè)干擾因素也是構(gòu)成地球磁環(huán)境的基本要素，并且還會對無線電以及空間設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。人為干擾則是指來源于有機(jī)電或其他與之相關(guān)的人工設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾，在這些人工設(shè)備中，還涵蓋了一些專門用于發(fā)射電磁波的裝置，譬如電視、雷達(dá)等設(shè)備。除此以外，亦存在一些會在設(shè)備運(yùn)行過程中附帶產(chǎn)生電磁影響的設(shè)備，例如車輛以及照明工具等。

（二）功能與非功能性干擾。

功能性干擾與非功能性干擾的區(qū)別在于，設(shè)備在實(shí)現(xiàn)自身功能時(shí)，是否會對其他的設(shè)備產(chǎn)生干擾作用。如若未產(chǎn)生，則為非功能性干擾，反之，則為功能性干擾。但是，非功能性干擾也會帶來一定的副作用。

（三）內(nèi)部干擾與外部干擾。

內(nèi)部干擾，是指設(shè)備內(nèi)部的各元件在相互作用下所產(chǎn)生的干擾。首先，當(dāng)工作電源流經(jīng)內(nèi)部線路時(shí)，分布電容與絕緣電阻等會產(chǎn)生少量的漏電情況，從而引起干擾，而干擾的程度又與設(shè)備工作的頻率有著密不可分的聯(lián)系。其次，地下電源以及傳導(dǎo)線的阻抗容易同信號產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，甚至在導(dǎo)線之中也會出現(xiàn)干擾。然后，當(dāng)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部的一些元件會由于功率過大而產(chǎn)生熱量，進(jìn)而對自身或其他元件造成干擾。最后，設(shè)備內(nèi)的某些元件，由于功率問題會產(chǎn)生較高的電壓，繼而會出現(xiàn)相應(yīng)的磁場，其所產(chǎn)生的耦合現(xiàn)象也會影響到其他元件的運(yùn)行。

外部干擾主要是指線路、設(shè)備受到了來自電子設(shè)備之外的各種外界因素影響，而后產(chǎn)生的干擾。主要涵蓋了：1.外部高壓或是電流流經(jīng)絕緣時(shí)會產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，從而對設(shè)備以及線路造成干擾。2.由于一些設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生較大的功率，所以，在一定空間內(nèi)會出現(xiàn)較強(qiáng)的磁場，在互感耦合的影響下會對線路以及設(shè)備形成干擾。3.線路以及設(shè)備會受到來自空間電磁波的影響。4.由于設(shè)備所處的環(huán)境較為不穩(wěn)定，所以，線路以及設(shè)備內(nèi)部的各類元件經(jīng)常會受到環(huán)境影響，而導(dǎo)致參數(shù)產(chǎn)生變化，最終影響到設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。

三、電磁干擾的防范措施

由于在許多電力電子設(shè)備之中都會產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象，為了避免這種情況的發(fā)生，必須做出相應(yīng)的防范措施。

（一）地線的連接設(shè)計(jì)

由于數(shù)字與模擬電路都擁有各自的地線通路與電源，所以，如果想降低地線回路與電源之中的干擾電壓，可以加寬二者的地線與電源，亦或是把接地層與電源進(jìn)行獨(dú)立劃分，以期達(dá)到減輕線路回路與電源阻抗的目的。處于完美設(shè)想下的地線，應(yīng)當(dāng)是一個(gè)零電位與零阻抗并存的實(shí)體，其不僅可以被電路信號視為參考點(diǎn)，而且當(dāng)電流流經(jīng)其中時(shí)，也不會產(chǎn)生電壓降的情況。然而，放諸現(xiàn)實(shí)，是不會存在這種地線的。因此，在進(jìn)行地線連接設(shè)計(jì)時(shí)，可以預(yù)先對干擾因素進(jìn)行防范。主要有以下3點(diǎn)：1.我們需要盡可能的減輕電源饋線阻抗與低阻抗。2.對阻隔地線環(huán)路與地線的接地方式進(jìn)行合理選擇，正確采用單點(diǎn)或多點(diǎn)接地等方式。3.若對于敏感線所造成的干擾源主要來自于系統(tǒng)外部，則可以使用懸浮接地。不過，這種方式也會導(dǎo)致靜電積累的后果，一旦達(dá)到一定量的累積額度，則會產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象。所以，在通常情況下，電子設(shè)備不適宜采用懸浮接地的方式。

（二）濾波

在電子設(shè)備或線路內(nèi)加設(shè)濾波器，從而可以明顯抑制由傳導(dǎo)干擾而引起的電平。同時(shí)，因?yàn)榻M成干擾頻譜的因素與有效信號的頻率不相同，所以，濾波器可以分別對這些頻率起到抑制作用，避免其造成干擾現(xiàn)象。以此為背景也可以看出，對于電力電子設(shè)備而言，無論是對干擾源進(jìn)行抑制或是減輕耦合影響，甚至是出于提升設(shè)備自身抗干擾性的考慮，濾波都是首選方案。借助阻容和感容與網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)將電路與電源相隔離的目的，其后，一旦電路中的耦合消失，那么干擾信號將難以進(jìn)入電路。為了消除高頻電路中的耦合現(xiàn)象，也可采用由兩個(gè)電容器及一個(gè)高頻扼流圈組合而成的CLCMπ型濾波器。

（三）控制線路之間的電磁耦合現(xiàn)象

為了減少電力電子設(shè)備受到的電磁干擾以及敏感電路在設(shè)備內(nèi)部的環(huán)路面積，優(yōu)選的方法應(yīng)是雙絞線和屏蔽法。這種方法使接地線同信號線相扭結(jié)在一起，拉近了二者之間的距離;同時(shí)，盡量增加線路之間的距離，繼而降低受感應(yīng)線路與干擾線路之間的互感;若采用直線布線的方式對受感應(yīng)線路與干擾線路進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可以極大減輕二者之間的電磁耦合。

綜上所述，如何確保電力電子設(shè)備不受到電磁干擾的影響是一個(gè)復(fù)雜的問題，而對其進(jìn)行有效防范以后，則可以較好的提高設(shè)備性能，確保其平穩(wěn)運(yùn)行。

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（作者單位：哈爾濱理工大學(xué)榮成校區(qū)）