摘要：讨论了切断感性负载时的电磁兼容性。由于在一台探测设备中采用了感性负载——电磁阀，同时该探测设备中的电磁兼容性设计不完善，电磁阀产生的电磁干扰使整个设备工作不正常。因此，有必要对该探测设备的电磁干扰进行测量，分析该探测设备产生的电磁干扰的原因，探讨应该采取的电磁兼容性措施，以便保证整个设备正常工作。
关键词：感性负载；电磁阀；电磁兼容
1 引言
电磁兼容是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作，甚至造成电子设备中的元器件损害。因此，对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作，又要注意电子设备本身不对周围其他设备产生电磁干扰，而影响其他设备正常运行。
本文以电磁阀为例，讨论了切断感性负载时的电磁兼容性问题。切断正在运行的电感线圈可能产生严重的电磁干扰。因为，电感线圈中的电流变化必然产生感应电动势，电流变化率越高，产生的感应电动势越大。这种感应电动势的低频分量将通过某种路径传导到探测电路中，而高频分量将会通过辐射而耦合到探测电路中，成为严重的电磁干扰。
试验中发现：在探测元件无输入信号时关断电磁阀，探测元件有较大概率产生较强的输出信号，致使整个设备无法正常工作。因此，必须对探测设备的电磁干扰信号进行测量，并分析产生电磁干扰的原因，以便采取有针对性的电磁兼容性措施，保证整个设备正常工作。
2 电磁阀的电磁干扰测试
2.1 电磁阀参数
我们使用的电磁阀参数为：工频AC220V，0.25A，55V·A，空载电感0.496H。
电磁阀通电时电流电压测试波形图见图1。
图1 电磁阀电流电压测试波形图
图1中，Ch1为电流波形，Ch2为电压波形。图中显示电磁阀工作频率50Hz；电压峰值312V，有效值220V，电流峰值0.35A，有效值0.25A；电磁阀电流相位滞后电压60°电角度，为感性负载。
2.2 电磁阀开断时的电磁干扰信号测量
电磁阀开断时阀电流和两端电压测试波形图见图2。
图2 电磁阀开断时阀电流和两端电压测试波形图
图2中，Ch1为阀电流波形，Ch2为阀电压波形，电磁阀开断时两端电压峰—峰值达1520V。由于电磁阀开断时刻是随机的，因此，电磁阀开断时的过电压取决于电磁阀开断时刻的电流值。两个最极端的状态是：电磁阀开断时刻的电流值为零时，电磁阀内存储的磁场能量也为零，即不存在电磁干扰；电磁阀开断时刻的电流值为峰值时，电磁阀内存储的磁场能量最大，即电磁干扰最严重。电磁阀开断时阀电流和两端电压测试展开波形图见图3－图6。
图3 电磁阀开断时阀两端电压测试波形图
图4 电磁阀开断时阀两端电压测试波形图
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图5 电磁阀开断时阀电流和两端电压测试波形图
图6 电磁阀开断时阀两端电压测试波形图
由于电磁阀开断时阀存储的磁场能量将转换为阀寄生电容的电场能量，而阀寄生电容很小，所以，其上的电场强度很高。
由于电磁阀开断时刻的随机性导致磁场存贮能量的随机性，再加之触点分断是个渐近的过程，于是在触点间产生多次击穿和电弧，所以，电磁阀电流和两端电压测试波形图呈现脉冲串形式。
由于电磁阀的电感和电容振荡频率很高，所以，振荡波形上升和下降速率很快。
图3中显示电磁阀开断时阀两端电压振荡频率接近2.5MHz，电压上升前沿约80.1ns，电压峰—峰值约2440V。
图4中显示电磁阀开断时阀两端产生的电压脉冲串。
图5中显示电磁阀开断时阀电流和电压振荡波形。其中Ch1为电流波形，Ch2为电压波形，电压峰—峰值达5440V。
图6中显示电磁阀开断时阀两端电压上升前沿约5.33ns，电压峰—峰值约3440V。
3 开断感性负载的电磁兼容性探讨
为了提高电子设备的电磁兼容能力，必须从开始设计时就要给予它足够的重视。为此，要充分分析电子设备可能存在的电磁骚扰源及性质；电磁干扰可能传播的路径及易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件。从而，在设计时采取相应对策，这样可以部分消除可能出现的电磁干扰，减轻调试工作的压力。在调试工作中，针对具体出现的电磁干扰，从接收电磁干扰的电路和元器件的表现，分析出电磁骚扰源之所在及电磁干扰可能传播的路径，再采取合适的解决办法。从源头抓起，往往是最根本的方法。
对开断电感性负载——电磁阀所产生的电磁干扰可采用如下电磁兼容性措施。
3.1 对骚扰源采用的电磁兼容性措施
3.1.1 采用电压过零型固态继电器控制电磁阀的开断
因为，不管关断信号是何时发出的，而固态继电器中的晶闸管只有当其通过的电流小于维持电流时才自行关断，这时电磁阀中存储的能量很少，所以，产生的干扰也最小。从而可在根源上消灭骚扰源。
采用电压过零型固态继电器来控制电磁阀的开断时，阀电流和两端电压测试波形图见图7。
图7 采用固态继电器控制电磁阀开断时阀电流和两端电压测试波形图
该波形图是采用齐齐哈尔电力半导体厂生产的，JG25Z3D电压过零型固态继电器控制电磁阀开断时测得的。图中显示电磁阀开断时，阀两端电压第一个正向峰值只有260V，小于电源电压峰值。但是，固态继电器不是理想的开关，它导通时其上有压降，它关断时其上有漏电流。
3.1.2 采用全桥整流后的直流给电磁阀供电
对感性的电磁阀线圈采用全桥整流后的直流电源供电，在关断时不会产生电磁干扰。这是因为，感性的电磁线圈中的电流将通过全桥整流二极管续流，产生的感应电动势很小。采用全桥整流后的直流供电，电磁阀开断时阀电流和两端电压测试波形图见图8。
图8 采用全桥整流后的直流供电时电磁阀两端电压测试波形图
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图8中显示对感性的电磁阀线圈采用全桥整流后的直流电源供电，电磁阀开断时电磁阀两端电压几乎无任何干扰信号。但是，采用这种使用方法时特别要注意铁心线圈的磁特性。
3.2 对干扰传播路径采用的电磁兼容性措施
3.2.1 对干扰信号的吸收措施
本文关键字：兼容性 EDA/PLD技术，单片机-工控设备 - EDA/PLD技术
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