陳興
摘 要:電磁干擾和震動是電氣控制柜在運行工作中經(jīng)常遇到的問題,對控制柜的安全穩(wěn)定運行和使用壽命等都有很大的影響。因此,為了確保電氣控制柜的安全穩(wěn)定運行,減少因震動造成的故障損壞,延長控制柜的使用壽命,我們必須要加強對控制柜的抗震和電磁屏蔽的改進設(shè)計,本文對此進行了研究和探討。
關(guān)鍵詞:電氣控制柜;抗震;電磁屏蔽;改進設(shè)計
隨著電氣技術(shù)和自動化控制技術(shù)的發(fā)展,電氣控制柜在網(wǎng)絡(luò)、機械、電力等自動控制環(huán)節(jié)中的應(yīng)用越來越廣泛,以PLC控制柜為代表的電氣控制柜更是以良好的集成性和穩(wěn)定性成為現(xiàn)代工業(yè)的核心和靈魂,電氣控制柜在現(xiàn)代社會生產(chǎn)活動中的重要性也由此可見一斑。電氣控制柜內(nèi)容納了很多精密的電子電氣元件,它們對工況環(huán)境的要求比較高,只有在平穩(wěn)、干燥、少塵、無電磁干擾的工況環(huán)境下才能保持長期的安全穩(wěn)定運行。而電氣控制柜在工業(yè)生產(chǎn)等方面的實際應(yīng)用中,由于工況環(huán)境比較復(fù)雜,電氣控制柜結(jié)構(gòu)越來越緊湊,因而也經(jīng)常會不可避免地受到震動和電磁干擾的影響。頻繁的震動和電磁干擾影響下,不僅容易造成電氣元件焊接點和線路的松脫,而且還會影響電氣元件工作的穩(wěn)定性,繼而造成生產(chǎn)停滯甚至引發(fā)一些安全事故,因此,人們對電氣控制柜結(jié)構(gòu)中的抗震和電磁屏蔽的改進設(shè)計也提出了更高的要求。通過實踐研究,從材料選擇、表面處理、走線接地等方面入手進行改進設(shè)計,可以有效減少控制柜的電磁干擾。
1 電氣控制柜的電磁干擾分析
1.1 電磁兼容性與電磁干擾
現(xiàn)代社會是電氣化的時代,電氣控制柜在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,并且其結(jié)構(gòu)設(shè)計中也是越來越緊湊,在電氣控制柜集成性、功能性更強大的同時,各電子裝備相互間的電磁干擾也更加嚴重。柜內(nèi)電子設(shè)備處在一個復(fù)雜的電磁環(huán)境中,為了使電氣設(shè)備在電磁環(huán)境中正常運行,各項性能指標不受影響,這就需要電氣設(shè)備本身要具有抵抗環(huán)境電磁干擾(EMI)的能力;而與此同時,設(shè)備還應(yīng)具有一定的電磁兼容能力(EMC),使設(shè)備不干擾其他設(shè)備的正常工作。電氣控制柜的改進設(shè)計中應(yīng)充分考慮到電磁干擾和電磁兼容性的要求,做好相應(yīng)的屏蔽措施。
1.2 自生干擾
自生干擾顧名思義,是指電氣設(shè)備內(nèi)部各功能單元之間通過電路連接和電磁輻射而產(chǎn)生的干擾。其干擾表現(xiàn)為各功能單元內(nèi)部產(chǎn)生的高頻輻射,對元器件本身或其他元器件的穩(wěn)定性造成的干擾影響;印刷電路板上的級間漏電和線間電容造成的干擾。
1.3 入侵干擾
入侵干擾是指電氣控制柜以外的干擾因素對電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。主要包括外部高頻高壓設(shè)備產(chǎn)生的強磁場的輻射干擾;各功能單元電路中開關(guān)電源、變壓器、逆變器等產(chǎn)生的干擾;外部高電壓設(shè)備通過公共接地和公用電源對電氣控制柜系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾;由設(shè)備散熱產(chǎn)生的熱輻射而對單元性能和整機功能等造成的干擾。
2 電氣控制柜的抗震和電磁屏蔽改進設(shè)計
根據(jù)電磁學的基本原理,凡是利用導(dǎo)磁性和導(dǎo)電性能良好的材料所構(gòu)成的密閉殼體都具有明顯的電磁屏蔽功能,在電氣控制柜的抗電磁干擾設(shè)計中,也應(yīng)充分利用該原理來控制電磁感應(yīng)和輻射的傳播,抑制電磁干擾。
2.1 電氣控制柜的整體設(shè)計和屏蔽材料的選擇
根據(jù)電磁學基本原理我們可知,屏蔽材料的選擇對電磁屏蔽效果的影響是最大的,在屏蔽材料選擇上一定要選用導(dǎo)磁性和導(dǎo)電性良好的材料,如果靜電屏蔽和電磁屏蔽都要兼顧的話,可采用電場屏蔽和磁場屏蔽雙層屏蔽的結(jié)構(gòu)來解決,其屏蔽效果為每層屏蔽效果之和。一般情況下屏蔽材料的選擇對1KHZ以下的低頻屏蔽體選用磁導(dǎo)率較高的磁性材料,如鐵、坡莫合金等;對高頻屏蔽體選用良導(dǎo)體。由于剛材料具有較高的導(dǎo)電率,因此也是用于磁場屏蔽的理想材料。一般來講,電氣控制柜的柜體通常采用不銹鋼材料,一來是可以抵抗外界的電磁干擾,再者也確保了柜體結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性,提高了柜體的抗震性能。雖然屏蔽材料的厚度與其屏蔽效果是成正比的,但在實際應(yīng)用中考慮到厚度對其尺寸、重量、適用性等方面的影響,因而其厚度也應(yīng)根據(jù)實際情況來確定,在確保良好屏蔽效果的基礎(chǔ)上盡量薄一些。
2.2 接縫設(shè)計
屏蔽體的表面應(yīng)是平滑而成一體的表面,無縫隙、無孔洞,才能確保屏蔽體良好的電磁屏蔽效果。但在實際中,電氣控制柜的機殼通常是采用焊接、螺接等方法加工而成的,由于焊接質(zhì)量和螺絲緊固件之間存在的不密閉空間,使得屏蔽體表面的金屬板之間經(jīng)常存在一些細長的縫隙,繼而也導(dǎo)致了屏蔽效果的下降。從控制縫隙方面考慮,柜體的接縫形式以搭邊焊最為理想,并且相比于螺接等方式,焊接柜體的穩(wěn)定性和抗震性能也更好。為控制焊縫質(zhì)量,保證屏蔽效果,在焊縫設(shè)計時應(yīng)注意以下:焊接前應(yīng)做好校直工作,在結(jié)合處需采用連續(xù)焊接,同時應(yīng)使用夾具定位等方式,以減少焊接變形;焊縫必須保證焊接牢靠,不得有虛焊、漏焊以及裂紋、燒穿等情況,焊接高度均等于被焊接的最小質(zhì)量。
2.3 布線的抗震和抗干擾防護設(shè)計
由于不同電纜中電位各不相同,因此,電纜的電磁泄露也會造成電磁干擾,這就需要我們采取合理的布線設(shè)計,才能有效地抑制這類干擾。布線設(shè)計中一是要將容易受到干擾的弱電線與發(fā)射干擾的強電線分開布置,使它們盡量遠離,布線設(shè)計時合理安排好強電和弱電的左右分區(qū);二是要減小回路的布線網(wǎng)孔,利用絞合線完成布線;三是要使接線盡量短、直,切不可迂回繞彎,如果迂回繞彎形成線圈的話,比較容易形成和接受電磁干擾。因此,在布局中應(yīng)將空開和接觸器等分開布置于上、下格子中,以減少其干擾的產(chǎn)生。同時注意電纜、電氣元件等要螺絲、卡子等固定牢靠,有防震要求的應(yīng)增加減震裝置,其緊固螺栓也應(yīng)采取相應(yīng)的防松措施。
參考文獻
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(作者單位:邯鄲市天海人力資源有限公司)