电气工程中自控设备电磁干扰研究

电气工程中自控设备电磁干扰研究

李大政

青岛地铁运营有限公司 山东青岛266500

摘要：自控设备的电磁干扰是电气工程领域中一个重要的研究方向。随着现代电子技术的发展和应用的广泛，自控设备对电磁干扰的敏感性越来越高，电磁干扰对自控设备的正常运行和性能产生了严重的影响。因此，研究自控设备的电磁干扰问题具有重要的理论和实际意义。

关键词：自控设备，电磁干扰，干扰抑制，传播机制，影响分析

引言：随着电子技术的快速发展，自控设备在各个领域的应用日益普遍。自控设备通过感知环境信息、分析处理数据以及采取相应控制措施，实现对工业过程、交通系统、通信网络等的自动化控制。然而，自控设备的正常运行和性能往往容易受到电磁干扰的影响。电磁干扰是指电磁波在空间传播过程中对周围电子设备和电路的非预期干扰，导致设备工作异常或性能下降。自控设备电磁干扰问题的研究既有理论探讨，也有实际应用。在理论层面上，研究者们通过分析电磁波的传播机制和干扰源的特性，探讨了电磁干扰对自控设备的影响机理。在实际应用中，工程师们致力于开发干扰抑制技术和设计抗干扰电路，以提高自控设备的抗干扰能力。

一、电磁干扰的来源和传播机制

电磁干扰的来源可以分为内部干扰和外部干扰两种。内部干扰是指电子设备内部电路间的相互干扰，主要由高速数字信号、强电磁场和电源波动等因素引起。外部干扰是指来自周围环境的电磁干扰，主要包括雷电、电台电视、无线电通信、电力线噪声等。电磁干扰的传播机制主要有三种：辐射、传导和耦合。

（一）辐射传播：辐射传播是指电磁波通过空气或介质以无线电波的形式传播，对周围的电子设备产生影响。例如，来自手机和Wi-Fi信号的电磁波可以通过空气辐射传播，干扰周围的电子设备。

（二）传导传播：传导传播是指电磁波通过导体的传导作用传输，对周围电子设备产生影响。例如，当一根电源线上的电流变化时，会产生电磁波，这些电磁波可以通过导线的传导作用传递到其他设备中。

（三）耦合传播：耦合传播是指电磁波通过电容、电感或电磁感应等方式传递，对周围的电子设备产生影响。例如，当一个设备的电磁场与另一个设备的电磁场相互作用时，它们之间可能发生电容耦合、电感耦合或电磁感应耦合等现象，从而产生干扰[1]。

二、电磁干扰对自控设备的影响

（一）信号失真

电磁干扰对自控设备的输入和输出信号产生干扰，可能引起信号失真。干扰信号与原始信号叠加在一起，导致信号的形状、幅值或频率发生变化。这会对设备的控制精度和可靠性产生负面影响。例如，在传感器信号采集过程中，电磁干扰可能引起信号的偏移、噪声增加或频谱扭曲，从而使得设备无法准确感知和测量所需的物理量。

（二）工作不稳定

电磁干扰会干扰自控设备的正常工作，导致工作不稳定的现象出现。这可能表现为设备的输出波动、系统的异常运行或控制失效等问题。干扰信号可能引起设备的误触发、抖动或不规律的工作，从而影响设备对外界环境的正确响应和控制过程的稳定性。

（三）设备故障

电磁干扰对自控设备的芯片、电路板等部件产生不良影响，增加了设备发生故障的风险。强烈的电磁干扰可能导致芯片或电路板受损、元件烧坏等故障现象。这将导致设备的停止工作、性能下降甚至无法修复，严重影响设备的可靠性和寿命。

（四）性能下降

电磁干扰可能导致自控设备的性能下降。干扰信号的存在会引起信号传输速率的降低、通信质量的恶化或控制精度的降低。例如，在自控系统中，由于电磁干扰引起的信号失真和噪声增加，可能导致数据传输错误或控制指令误判，从而降低了系统的整体性能和响应速度。

四、常见的干扰抑制方法

（一）屏蔽技术

屏蔽技术在自控设备设计中的应用非常广泛，其核心思想是将设备内部与外界之间的电磁干扰隔离开来，以确保设备的正常运行。屏蔽技术可分为传导屏蔽和辐射屏蔽两种类型。传导屏蔽是指通过导电材料将外部干扰信号传导到地面，从而减少信号在设备内部传播的干扰效应。一般采用金属外壳或金属盖等导电屏蔽材料进行屏蔽。传导屏蔽的屏蔽效果主要取决于屏蔽材料的尺寸、形状、导电性能以及接地方式等因素。此外，金属屏蔽材料的厚度也会影响其屏蔽效果，一般来说，金属屏蔽材料的厚度应足够大，以保证其具有较好的屏蔽效果。辐射屏蔽则是通过使用电磁屏蔽材料吸收或反射外部电磁波，来减少电磁波的干扰效应。电磁屏蔽材料主要包括金属吸波材料、石墨材料、聚合物材料等。电磁屏蔽材料的选择应根据其频率响应、反射损耗等指标进行评估。此外，在选择电磁屏蔽材料时，还需要考虑其可加工性、机械强度、成本等因素[2]。

（二）滤波技术

滤波技术在电磁干扰抑制中起着重要的作用。通过使用滤波器、衰减器等器件，可以对输入和输出信号进行滤波处理，从而减少干扰信号的传输。滤波器可以根据干扰信号的频率范围选择合适的类型，将干扰信号从系统中滤除，同时保留所需的信号。常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。这些滤波器根据其频率响应特性，可以选择性地通过或阻塞特定频率范围的信号。具体选择何种滤波器类型取决于干扰信号的频率范围以及所需信号的频率范围。低通滤波器能够通过低于截止频率的频率成分，并阻止高于截止频率的频率成分的传输。它适用于过滤掉高频噪声或干扰信号，同时保留低频信号。高通滤波器则相反，它可以通过高于截止频率的频率成分，并阻止低于截止频率的频率成分的传输。它适用于过滤掉低频噪声或干扰信号，同时保留高频信号。

（三）接地技术

在电子设备的设计和布局中，接地是一项非常重要的考虑因素之一。良好的接地系统可以有效地减少干扰信号的传播，从而提高系统的抗干扰能力和稳定性。为了确保接地系统的良好，需要采取一系列的措施。首先，需要选择合适的接地点。接地点应该选择在设备最低点处，以便于引流干扰信号。接地点应该接近设备的电源和信号输入/输出端口，以便于建立一个低阻抗的回路。同时，需要确保接地点的接触良好，以减小接触电阻。其次，需要设计合理的接地线路。接地线路应该短而直，以减小线路电阻和电感。在设计接地线路时，需要避免线路与其他信号线路、电源线路和干扰源线路交叉，从而减小相互干扰。如果接地线路过长，可以考虑使用补偿电容或补偿电感来调整线路的阻抗，以提高接地线路的工作效率。

（四）抗干扰设计

抗干扰设计是一种综合性的干扰抑制方法，通过在自控设备的电路设计中采取各种措施，提高设备的抗干扰能力，从而有效降低干扰对系统的影响。抗干扰设计的方法很多，其中一些常见的包括：（1）使用抗干扰元件：在电路设计中使用一些具有较好抗干扰能力的元件，如磁珠、磁环、电容器等，以减少干扰信号对电路的影响。（2）降低电磁辐射：电磁辐射是自控设备产生的一种干扰源，通过使用屏蔽和绝缘材料，减少电磁辐射的传播，可以有效降低干扰的程度。（3）提高抗干扰能力：在电路设计中，可以采用提高信号/噪声比、增加滤波器等措施，来提高设备的抗干扰能力。（4）优化电路布局：合理的电路布局可以减少电路元件之间的电磁干扰，例如，将相互干扰的元件分别布局，使它们之间的距离增加，从而降低干扰的程度[3]。

结束语：

总之，通过对电磁干扰的研究，我们可以更好地理解其对自控设备的影响，并采取相应的干扰抑制方法，以确保设备的正常运行和性能表现。电气工程中的电磁干扰研究对于推动自控技术的发展和应用具有重要意义。

参考文献：

[1]陈志国.电气工程中自控设备电磁干扰问题探讨[J].数字通信世界,2020(07):110-111.

[2]凌培根.电气工程中自控设备电磁干扰的思考[J].中国战略新兴产业,2018(08):180.

[3]田宜,刘少杰.电气工程中自控设备电磁干扰分析[J].科技创新与应用,2017(02):162.

作者简介：李大政（1996.09—），男，汉族，山东邹城人，本科学历，助理工程师，研究方向为地铁机电维护