摘要：本文采用大量文献分析法、比较法、实例分析法，分析了电磁兼容设计在电子电气设备的运用，并以某高频变压器为例对电磁兼容中屏蔽、滤波器和接地设计展开一系列研究，得出合理、科学设计电磁兼容系统可确保电子电气设备安全、稳定运行的结论。
关键词：电磁兼容设计、电子电气、设备
1、电磁兼容设计在电子电气设备的运用
1.1屏蔽设计
屏蔽技术主要是应用在电子电气设备关键电路的屏蔽上的，它的原理是通过金属隔离控制电子电气设备磁场、电磁波和电场，避免相邻两个区域间的干扰信号相互感应、辐射。电子电气设备中屏蔽设计的具体方案是采用屏蔽材料组成屏蔽结构，利用组成的屏蔽结构将电子电气中的设备或者电路包围起来，保护它们不受外界电磁场的干扰。同时阻止被保护电子电气设备、电路或者系统中的电磁干扰信号不向外扩散，以免干扰相邻电路或者设备、系统。屏蔽技术的基本原理是屏蔽材料组成的屏蔽结构，会利用涡流损耗原理吸收、抵消与反射被保护对象内部电磁干扰信号和外界电磁干扰信号。屏蔽技术只能减弱电子电气设备的电磁干扰，并不能彻底解决电磁干扰问题。但是由于屏蔽体设计简单、系统安装方便、成本低，在我国电子电气设备中应用相对比较广泛。在设计屏蔽结构时设计者往往会选择与之相配的搭接技术，搭接是指在屏蔽体与电子电气之间的连接，这个连接方式一般选择低阻抗电气连接。若两者不能完美连接，通常需要采取密封衬垫的方法进行弥补。密封衬垫的选择需要考虑屏蔽性能要求、成本要求和电子电气的实际要求，运用比较广泛的衬垫有导电橡胶、导电布衬垫等。电连续性是屏蔽设计的重要环节之一，在实际运用中若想保持屏蔽体最优化电连续性，需要合理、科学设计屏蔽体的可动导体、出线孔以及散热孔等[1]。
1.2接地设计
接地设计是电磁兼容设计的重要组成部分，它的作用是为电子电气系统、电路或者设备提供公共参考零电位，确保电子电气设备与大地之间不具备电位差，进而确保电子电气设备正常运转。接地还可预防电子电气设备受外界或者自身电磁场的干扰，接地可为电子电气设备运转时金属外壳受到的电磁瞬态干扰提供泄放通道，同时为设备运转积累在金属外壳上的静电感应提供泄放通道，预防大量静电感应聚集产生火花放电，干扰电子电气设备正常运转。电磁兼容的接地选择合理，可以提高其屏蔽效果。电磁兼容设计接地可确保电子电气设备安全、稳定运行，当遇到雷雨天气时可将电子电气设备产生的雷电感应排放入大地，预防直接雷、放电等破坏电子电气设备。当电子电气设备出现交流电源输入电压与金属外壳直接相连故障时，接地可将连通产生的电流导入大地，始终保持电子电气设备金属外壳处于零电位状态，预防操作人员触电事故发生。接地可以预防干扰、抑制噪声，无论哪种电子电气设备都需要接地，电磁兼容技术的电子电气设备同样需要接地。接地的方法有很多，比如直接接地、隔离接地等，无论选择哪一种方式，电子电气设备中必须有接地系统存在[2]。
1.3滤波设计
电子电气设备滤波设计主要包括两部分，分别是电源线滤波和信号滤波设计。虽然电缆的导电性非常强，但是在电缆实际试验中往往容易造成辐射发射与敏感度试验失败，致使调试结果不理想。调试失败的原因是电缆运转时本身会产生电磁辐射，这个电磁辐射往往大于线路板和机箱屏蔽泄露产生电磁辐射的总和，导致电缆性能调试失败。针对这个问题只需在电缆端口处安装滤波器便可，滤波器具有选择电磁频率的功能，设计人员可根据电子电气实际需要设计滤波器顺利通过的频率和阻拦频率，便可实现滤波作用。滤波器属于二端口网络，我国常用的滤波元件主要有电阻、磁环、电感、磁珠等。滤波技术的原理是利用元器件产生的射频电磁波，在电子电气设备传输电路中形成能量比较大的阻抗不连续特性，当特定频段的射频电磁波经过滤波器时，阻抗不连续特性会与该特定电磁波频段发生相互作用，然后将绝大部分电磁波反射回产生源处，从而实现滤波器的滤波功能[3]。
1.4电磁兼容设计原则
电磁兼容设计的原则是必须始终贯穿在电子电气产品的研制过程中，将电磁兼容设计与电子电气设备设计流程有机结合在一起，确保电子电气设备每一环节都能找到电磁兼容设计的影子。比如在电子电气设备的概要设计中，需要充分考虑设备所需面临的各种电磁干扰，并分析预测设备面临电磁干扰产生的风险，为电磁兼容设计提供基础依据。在详细设计中需要明确电磁干扰源、干扰类型和干扰风险，并根据明确的资料设计与之配套的电磁兼容技术。在电子电气设备原理图刊印阶段，应将电磁兼容设计完全体现在原理图中，并对其进行详细分析，确保电磁兼容设计合理、科学。在电子电气设备仿真实验阶段，应将电磁兼容设计原理图同时进行仿真模拟，确定该设计布局布线合理，敏感电路电磁干扰保护良好，不会影响电子电气设备正常运转[4]。
2、实例分析
为了更好的研究电磁兼容设计在电子电气设备中的运用，下面本文以高频变压器的电磁兼容设计中的屏蔽设计为例，进行详细分析。
2.1设计方案
针对高频变压器的特点，本文采取的屏蔽设计方式是由磁路、屏蔽罩和绕组三部分组成屏蔽体。因为高频变压器常常会产生比较强的电磁场，电磁场区域的电磁干扰非常强。为了预防强电磁干扰产生飞弧现象，在易产生强电磁场的区域加装环氧树脂与空气隙。设计方案是在高频变压器绕组电场较低、较高外围设置电连续性的屏蔽环路，设计时应确保屏蔽环路与绕组保持足够空间距离，预防屏蔽环路电介质发生电击穿故障。根据高频变压器高强度、低强度电场实际情况，选择屏蔽环路的数量、形状和间距，确保变压器具有良好的屏蔽效果。在该高频变压器的电源线端口设置滤波器，并根据电磁兼容设计的实际情况将增设的滤波器、屏蔽环路等电路接地，合理设计接地方案，加强电磁兼容系统的屏蔽效果[5]。
2.2设计图
经过分析发现高频变压器屏蔽设计没有问题，原因是图3中接地线设计不合理。分析图3中接地线方式，发现该变压器AG线路设备内部充满噪音，该噪音与该接地线路之间产生耦合现象，导致该接地线被污染。针对以上问题采取的解决措施是将噪声源与接地线断开，解决噪声污染接地系统的问题。测试该变压器的滤波器时也发现测试结果超标，经过对问题进行排查重新设计的合理滤波器结构如下图6所示：
图6 改进后滤波器设计
结束语
电磁兼容技术主要是解决电子电气设备运转中的电磁干扰问题，电磁兼容设计有很多种设计方式，其中最常用的是屏蔽设计、接地设计和滤波设计。电子电气设备设计中应始终贯穿电磁兼容设计，不管是简略设计环节、详细设计环节还是仿真模拟环节，都应综合考虑电磁兼容设计。合理设计电子电气的电磁兼容技术，可有效提高电子电气设备抗干扰能力，进而确保电子电气设备安全、稳定运行，保护电子电气设备不受电磁干扰的损害。
参考文献
[1]红勇,王丽芳.印制电路板的电磁兼容问题[J].电子工艺技术,2011,22(4):11-12.
[2]李燕,焦美.针对电子电气设备辐射发射的电磁兼容设计方法[J].微波学报,2014(6):68-73.
[3]杨松荣,高坊林,于德海,钟果晓.电子设备板及电磁兼容设计与实践[J].电子世界，2015（16）：223-223.
[4]吕景峰,陈玲香.电子设备结构设计中的电磁兼容[J].学术交流,2014(11):163-165.
[5]张敏.电子设备的电磁兼容设计[J].应用科技,2013(6):81-83.
论文作者:杨琳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/1
标签：屏蔽论文; 电气设备论文; 电子论文; 电磁兼容论文; 滤波器论文; 电磁干扰论文; 干扰论文; 《电力设备》2017年第16期论文;