EMC电气噪声如何控制

什么是电噪声?

电噪声是所选系统组件 (源)的例行操作产生的电压峰值,会干扰 (由于耦合机制)其它所选系统组件 (受扰者)的例行操作。

在欧洲,系统必须符合 EMC 法规。系统还必须可靠工作,不会由于噪声而发生故障。

CE 符合性

大多数设备都具有 CE 标志。也就是说,设备已经过认证符合包含以下两个主要要求的欧洲指令:
• 必须在噪声输出中将潜在噪声源限制为指定等级。
• 必须强化潜在的噪声受扰者使其可以承受更高的噪声等级。

在这两种情况下,必须按照制造商的建议安装设备以实现合规性。覆盖的频率范围是 150kHz 到 1GHz,但上限可能会随着工作频率的升高而升高。

尽管如此,符合 CE 的工业驱动系统仍可能因受到电噪声的影响而发生功能故障。通常需要采取额外的措施来防止源和受扰者间发生耦 合。系统故障中涉及的频率范围通常限制在 200kHz 到 10MHz 之间。

*佳做法
大多数工业控制产品不直接使用高频,而是以噪声的形式产生高频。 该噪声会影响逻辑电路,因此需要能够控制噪声。
在系统安装期间采取噪声控制措施的成本要远低于重新设计系统和修复故障系统,因此我们建议执行一些实践检验的行之有效的*佳做法程序。
如果已严格实施基本措施,则系统应该可靠。但是,如果仅错误地敷设一条电缆或漏掉了滤波器,则可能足以产生问题。

经验表明,很难确保总是能应用这些措施。如果已采取所有可能的措施 (包括冗余),则系统有可能更能容忍实施中的轻微错误。

噪声控制基本知识

典型的工业控制系统包含噪声源和潜在受扰者。 如果引入耦合机制, 则将产生问题。

噪声源

典型噪声源包括:
• 以机械方式开关的感性负载会产生强烈的间歇噪声。
• PWM 变频器电源输出会产生强烈的连续噪声。
• 开关直流电源可产生连续噪声。
• 微处理器时钟可能产生其时钟频率及其谐波的高强度噪声。
• 触点开关。

在上述噪声源中,只有触点开关噪声可由系统构建者设法在源上降低。
有关典型噪声源的示例,请参见下图。
 

有关典型 24V 直流电源引起的 6V 噪声峰值的示例,请参见下图。
峰值通常包含 10 MHz 以上的频率。
 

噪声受扰者
典型的噪声受扰者包括:
• 微处理器控制的设备
• 模拟设备
• 编码器和记录接口

有关典型受扰者的示例,请参见下图
 

有关 200 欧阻抗的说明,会在以后谈到。通常情况下,大多数潜在受扰者会受到比这更好的保护。

源噪声等级和受扰者的敏感度通常不受系统设计人员的控制,因此需要重点关注它们之间的噪声传输。

耦合机制
耦合机制是电噪声干扰设备例行操作的手段。
四种常见耦合机制。

1.传导噪声

噪声通过系统电源接线直接传导。传导噪声的公共路径是 24V 直流配电线。

2.电容

在射频 (RF) 条件下,两条相邻电线间的电容非常大。两条彼此接触且长度仅为 1.0 m (39.0 in.) 的绝缘电线将形成大约 100 pF (皮法)的 电容。在 10 MHz 时,阻抗仅为 200 欧。

幸运的是,该效应的降低与分隔距离成平方关系。有关电容耦合的示例,请参见下图
 

3.互感
在射频 (RF) 条件下,直电线的电感非常大。长度为 1.0 m (39 in.) 的电线具有大约 1.0 μH (微亨)的电感。在 10 MHz 时,阻抗为 60 欧。 两条相邻电线间的互感可形成变压器。幸运的是,该效应的降低与分隔距离成平方关系。有关电感耦合的示例,请参见下图

 

4.电磁辐射

电磁辐射的一个示例是无线电传输。工业控制接线系统就是一个向外界发射噪声信号的大型宽频带天线。这些信号 (连同传导噪声)是欧洲规范的主要目标,但很少引起系统故障。