專利名稱：電磁干擾抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用于抑制電力系統(tǒng)電磁干擾，保證電力系統(tǒng)自動化設(shè)備正常工作的器件，屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力的發(fā)展，電力系統(tǒng)的電磁兼容問題日益突出，特別是電力系統(tǒng)自動化設(shè)備的電磁兼容性問題尤為重要。一方面設(shè)備本身無論在正常工作狀態(tài)還是在異常工作狀態(tài)都會產(chǎn)生各種電磁干擾。另一方面，如高壓開關(guān)操作、短路故障等暫態(tài)過程；高電壓、大電流導(dǎo)線或設(shè)備附近的電場和磁場；射頻電磁場輻射；雷擊；靜電放電；供電網(wǎng)的電壓波動、電壓突降和中斷等都會對設(shè)備的工作環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾。電力自動化設(shè)備通常采取的抗干擾措施有接地、屏蔽、濾波三種方法。濾波器是一種用途廣泛的抗干擾器件，而EMI(電磁干擾)濾波器是一種能有效抑制傳導(dǎo)干擾的無源器件，在電力自動化設(shè)備中使用EMI濾波器是提高設(shè)備抗干擾能力的一種非常有效的方法。
電磁干擾濾波電磁干擾抑制裝置是由電容、電感、電阻等組成的無源器件。它不僅能夠衰減來自自動化設(shè)備各外部端口的傳導(dǎo)干擾，而且能衰減由自身產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，具有雙向性。但是，普通的電磁干擾濾波器對電力系統(tǒng)中的典型干擾抑制效果不好，主要有以下原因①普通的電磁干擾濾波器是在源、負(fù)載阻抗都為50Ω的條件下來設(shè)計的。而電力自動化設(shè)備端口的阻抗是動態(tài)的，并且不同端口的阻抗性質(zhì)是不同的。因此，選擇普通電磁干擾濾波器應(yīng)用于電力自動化設(shè)備，將不能起到理想的抑制效果。②通過對快速瞬變脈沖群的頻譜分析發(fā)現(xiàn)該脈沖群的頻帶較寬，100MHz以下的頻率需要著重考慮。而普通電磁干擾濾波器著重考慮的是30MHz以下的干擾，故電力自動化設(shè)備使用普通濾波器產(chǎn)品時對高于30MHz以上的干擾起不到有效的抑制。綜上所述，普通電磁干擾濾波器不能完全適用于電力自動化設(shè)備，因此，設(shè)計適用于電力自動化設(shè)備的專用電磁干擾濾波器是十分必要的，它能有效地提高電力自動化設(shè)備的電磁兼容性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型的目的是提供一種電磁干擾抑制裝置，該抑制器針對電力自動化關(guān)鍵設(shè)備各典型端口的阻抗特性，對快速瞬變和阻尼振蕩波干擾具有較強的抑制作用。
技術(shù)方案設(shè)計濾波器結(jié)構(gòu)時需充分考慮負(fù)載阻抗特性，在測試典型端口(電源、PT、CT端口)阻抗特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩種典型電路。當(dāng)負(fù)載阻抗小于50Ω時適用于低負(fù)載阻抗濾波電路；當(dāng)負(fù)載阻抗大于50Ω時適用于高負(fù)載阻抗濾波電路。本發(fā)明的電力系統(tǒng)自動化設(shè)備電磁干擾抑制器，由電容器和電感線圈所組成。
在適用于低負(fù)載阻抗濾波電路的抑制器中，第五電感線圈、第一電感線圈、第三電感線圈相串聯(lián)，第六電感線圈、第二電感線圈、第四電感線圈相串聯(lián)，其中第五電感線圈、第六電感線圈共用一個圓形磁環(huán)，第一電感線圈、第二電感線圈共用一個圓形磁環(huán)，第三電感線圈、第四電感線圈共用一個圓形磁環(huán)；在第一電感線圈和第二電感線圈的信號輸入端并聯(lián)有第一電容器和第一電阻，第一電感線圈與第二電感線圈的另一端并聯(lián)第六電容器；在第一電感線圈的兩端與地之間分別接有第二電容器和第三電容器，在第二電感線圈的兩端與地之間分別接有第四電容器和第五電容器；第五電感線圈、第六電感線圈的信號輸入端之間并聯(lián)有第七電容器。
適用于高負(fù)載阻抗的濾波電路的抑制器中，第五電感線圈、第一電感線圈、第三電感線圈相串聯(lián)，第六電感線圈、第二電感線圈、第四電感線圈相串聯(lián)，其中第五電感線圈、第六電感線圈共用一個圓形磁環(huán)，第一電感線圈、第二電感線圈共用一個圓形磁環(huán)，第三電感線圈、第四電感線圈共用一個圓形磁環(huán)；在第一電感線圈和第二電感線圈的信號輸入端并聯(lián)有第一電容器，第一電感線圈與第二電感線圈的信號輸出端并聯(lián)第六電容器和第二電阻；在第一電感線圈的兩端與地之間分別接有第二電容器和第三電容器，在第二電感線圈的兩端與地之間分別接有第四電容器和第五電容器；第五電感線圈、第六電感線圈的信號輸入端之間并聯(lián)有第七電容器，第三電感線圈、第四電感線圈的信號輸出端與地之間分別接有第八電容器和第九電容器。
在滿足阻抗失配原則的前提下，根據(jù)電力自動化設(shè)備典型端口的阻抗、電磁干擾的特點和設(shè)計要求，設(shè)計的濾波電路采用二級及二級以上的高性能濾波電路結(jié)構(gòu)，電容器的選擇電容器是電路中最基本的元件之一，用于濾除電路中的高頻騷擾。在選擇電力自動化設(shè)備電磁干擾抑制器的電容器時，選用瓷介質(zhì)電容器作為共模電容，由于瓷介質(zhì)電容器其串聯(lián)電阻和自身電感都很小，是高頻電路中主要使用的濾波元件。以單片陶瓷電容器作為設(shè)計電路的共模電容，濾除高頻共模干擾，以薄膜電容(CBB)作為差模電容，由于穿心電容沒有引線電感，有很好的高頻特性，又因為其結(jié)構(gòu)和安裝的特點，在圖1中輸出端口C8、C9使用了穿心電容作為接地電容。
電感器的選擇1)電感器磁芯的選擇在電磁干擾濾波器中采用的電感器是用導(dǎo)線在磁性材料上繞制而成，選擇圓形磁環(huán)作為共模和差模電感的骨架，這是由于圓形磁環(huán)能很好的把磁通限制在磁路中。
在選擇磁芯時，充分考慮了磁芯材料的頻率特性。初始磁導(dǎo)率高的磁性材料，高頻時磁導(dǎo)率明顯下降；磁性材料初始磁導(dǎo)率較低，高頻時仍能保持高的磁導(dǎo)率。在設(shè)計中有針對性的使用，使得電感在不同的頻率段對干擾都有較強抑制能力。針對電力系統(tǒng)中典型干擾的頻寬特點，考慮選擇不同的磁芯材料，以滿足對典型干擾的抑制。同時，也考慮了磁性材料的損耗，控制磁性材料的溫升，以保持電感的穩(wěn)定性。
綜上所述抗電磁干擾濾波器的磁性材料，要求衰減速度快，頻帶范圍寬，同時應(yīng)保證工作頻率范圍內(nèi)信號不失真，能適應(yīng)各種環(huán)境使用，具體有以下幾點要求高初始磁導(dǎo)率μi，μi為100～1500，高Bs、電阻率、居里溫度。上述要求有些是相互抵觸的，要讓某種材料完全滿足上面所有要求是不現(xiàn)實的，實際應(yīng)用的每種材料都只能在一方面，或在某幾方面達(dá)到要求，以滿足實際的需要。
抗電磁干擾的軟磁材料主要分兩大類鐵氧體軟磁材料和非晶納米晶軟磁材料，在設(shè)計中采用軟磁材料Ni-Zn鐵氧體和鐵基納米晶作為電感的磁芯。Ni-Zn鐵氧體，初始磁導(dǎo)率低，但高頻時磁導(dǎo)率下降慢，對高頻的抑制效果較好；鐵基納米晶有高的初始磁導(dǎo)率，高的飽和磁通強度，是鐵氧體的三倍，低的高頻鐵心損耗，好的熱穩(wěn)定性。鐵基納米晶特別適用于抑制大的脈沖干擾，但是，在高頻時鐵基納米晶的磁導(dǎo)率下降較快，高頻性能不理想。為了使設(shè)計的電磁干擾濾波器在較寬頻帶內(nèi)的衰減滿足設(shè)計要求，采用兩種磁芯組合起來使用，使濾波器不僅對低頻干擾能有效的抑制，而且對高頻信號也能有效的抑制。
第五電感線圈、第六電感線圈共用的一個圓形磁環(huán)采用Ni-Zn鐵氧體作為共模電感的圓形磁環(huán)；第一電感線圈、第二電感線圈共用的一個圓形磁環(huán)采用鐵基納米晶作為共模電感的圓形磁環(huán)；第三電感線圈、第四電感線圈共用的一個圓形磁環(huán)采用Ni-Zn鐵氧體作為共模電感的磁環(huán)。
2)電感器的繞制在制作上盡量減小了分布電容。采用以下辦法減小了分布電容，單層繞制，減少繞線匝數(shù)；多層繞制時，采用分段繞制，同時，可以把大電感分解成幾個小電感，使電感的帶寬增加。
3)公模和差模電感器的制作在電磁干擾濾波器中采用共模電感來抑制高頻共模信號，差模電感抑制差模信號。共模電感的結(jié)構(gòu)如圖3所示，對差模干擾信號，導(dǎo)線中的電流在磁芯中產(chǎn)生的磁力線方向相反，并且大小相同，剛好抵消，磁芯中的磁感應(yīng)強度為零，因此，磁芯不會飽和。對于導(dǎo)線上方向相同的共模干擾電流，則沒有抵消，磁芯中的磁感應(yīng)強度加強了，呈現(xiàn)較大電感。
差模電感是采用單個繞組結(jié)構(gòu)繞制，而不像共模電感那樣在一個磁芯上采用兩個相同繞組的結(jié)構(gòu)，當(dāng)通過電流較大時會產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，電感量下降，下降的速度取決于軟磁材料的B和μ的特性曲線，由于差模干擾的頻率低于共模干擾，一般采用復(fù)合磁粉芯。在本設(shè)計中，考慮共模電感的兩個繞組不能做到完全相等，存在差模電感量，而且差模電感量能滿足對差模干擾的抑制，所以在設(shè)計中沒有單獨采用差模電感來抑制差模干擾。
有益效果(1)該電磁干擾抑制器是在分析典型電力系統(tǒng)自動化設(shè)備端口(PT、CT、電源)的特性基礎(chǔ)上設(shè)計的。能有效地提高電力自動化設(shè)備的電磁兼容性，同時能防止設(shè)備污染電網(wǎng)，從而提高電能質(zhì)量。
(2)該電磁干擾抑制器對電力自動化設(shè)備受到的典型干擾如阻尼振蕩波和快速瞬變脈沖群干擾有很好的抑制效果。
(3)在滿足設(shè)計要求的前提下，合理利用共模電感中因不對稱性存在的差模電感抑制差模干擾，減少了元件數(shù)量縮小了器件體積。
(4)主要性能指標(biāo)高·對脈沖型干擾，峰值電壓抑制90％以上；·射頻寬帶干擾(150kHz~80MHz)，衰減40dB以上
圖1是適用于高阻抗的濾波電路的抑制器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是適用于低阻抗的濾波電路的抑制器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是共模電感結(jié)構(gòu)示意圖。
以上的圖中有第一電感線圈(L1)、第二電感線圈(L2)、第三電感線圈(L3)相串聯(lián)，第四電感線圈(L4)、第五電感線圈(L5)、第六電感線圈(L6)；第一電容器(C1)、第二電容器(C2)、第三電容器(C3)、第四電容器(C4)、第五電容器(C5)、第六電容器(C6)、第七電容器(C7)、第八電容器(C8)、第九電容器(C9)；第一電阻(R1)、第二電阻(R2)。
具體實施方式
1)電容參數(shù)的確定電磁干擾濾波器中各個元件如圖1、圖2所示。
①共模電容參數(shù)的確定選擇高頻性能好的單片陶瓷電容、穿心電容作為共模電容，允許的情況下，容量要求越大越好，但是太大則漏電流較大?？紤]到設(shè)計中漏電流的限制，電容器C2、C3、C4、C5的電容值均為2200pF，耐壓為交流2000V；電容器C8、C9為穿心三端電容，有著最好的高頻特性，電容值為1000pF，耐壓為直流2000V，適用于高頻。
②差模電容參數(shù)確定在允許的情況下，容量要求越大越好。一般情況下，要求取值在1-5uf之間(對每個電容)。由于差模信號的頻率小于1MHz，選擇簿膜介質(zhì)的電容作為差模電容，電容器C7的電容值為2.2μF，電容器C1、C6的電容值為0.47μF。
2)電感參數(shù)的確定根據(jù)電感的阻抗和頻率特性、分布電容、分布電阻、額定電流、空間尺寸、磁芯的阻抗特性和溫升的限制，并通過實驗和仿真確定了以下共模電感的電感量。由于在制作共模電感時，不可能把兩個線圈作得完全對稱，存在著差模電感。根據(jù)測試差模電感量滿足設(shè)計要求。電感線圈L5、L6采用了Ni-Zn鐵氧體作為共模電感的圓形磁環(huán)，電感量為1.28mH(10kHz)，差模電感量0.2μH(10kHz)，Φ(外徑)＝21mm、D(內(nèi)徑)＝14mm、H(高)＝10mm，適用于高頻；電感線圈L1、L2采用了鐵基納米晶作為共模電感的圓形磁環(huán)，電感線圈L1、L2電感量5.2mH(10kHz)，差模電感量12.1μH(10kHz)，Φ＝30mm、D＝20mm、H＝10mm，適用于頻率小于30MHz；電感線圈L3、L4采用了Ni-Zn鐵氧體作為共模電感的磁環(huán)，電感線圈L3、L4電感量L＝55μH(1kHz)，差模電感量0.05μH(1kHz)，Φ＝19mm、H＝10mm，適用于頻率小于70MHz。
3)放電電阻的選擇首先，電阻要求采用二級降額使用，保證可靠性。降額系數(shù)為0.75(V)、0.6(W)，根據(jù)歐姆定律可求出n＞(0.75Ve)2/(0.6Pe)；其次，經(jīng)過雷擊浪涌后有殘壓，其瞬時值一般在1000V取值，其瞬時功率值不能超過額定率值的4倍，也可求出R＞(Vcy)2/(4Pe)。兩者綜合考慮取R值，一般情況下，電阻R的取值為75-200K之間，功率為2-3W，金屬模電阻。在設(shè)計中選用了阻值為1MΩ的電阻，額定功率2W的金屬膜電阻。
權(quán)利要求1.一種電磁干擾抑制裝置，由電容器和電感線圈所組成，其特征在于該抑制器分別適用于高負(fù)載阻抗的濾波電路和低負(fù)載阻抗的濾波電路，在適用于低負(fù)載阻抗濾波電路的抑制器中，第五電感線圈(L5)、第一電感線圈(L1)、第三電感線圈(L3)相串聯(lián)，第六電感線圈(L6)、第二電感線圈(L2)、第四電感線圈(L4)相串聯(lián)，其中第五電感線圈(L5)、第六電感線圈(L6)共用一個圓形磁環(huán)，第一電感線圈(L1)、第二電感線圈(L2)共用一個圓形磁環(huán)，第三電感線圈(L3)、第四電感線圈(L4)共用一個圓形磁環(huán)；在第一電感線圈(L1)和第二電感線圈(L2)的信號輸入端并聯(lián)有第一電容器(C1)和第一電阻(R1)，第一電感線圈(L1)與第二電感線圈(L2)的另一端并聯(lián)第六電容器(C6)；在第一電感線圈(L1)的兩端與地之間分別接有第二電容器(C2)和第三電容器(C3)，在第二電感線圈(L2)的兩端與地之間分別接有第四電容器(C4)和第五電容器(C5)；第五電感線圈(L5)、第六電感線圈(L6)的信號輸入端之間并聯(lián)有第七電容器(C7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁干擾抑制裝置，其特征在于適用于高負(fù)載阻抗的濾波電路的抑制器中，第五電感線圈(L5)、第一電感線圈(L1)、第三電感線圈(L3)相串聯(lián)，第六電感線圈(L6)、第二電感線圈(L2)、第四電感線圈(L4)相串聯(lián)，其中第五電感線圈(L5)、第六電感線圈(L6)共用一個圓形磁環(huán)，第一電感線圈(L1)、第二電感線圈(L2)共用一個圓形磁環(huán)，第三電感線圈(L3)、第四電感線圈(L4)共用一個圓形磁環(huán)；在第一電感線圈(L1)和第二電感線圈(L2)的信號輸入端并聯(lián)有第一電容器(C1)，第一電感線圈(L1)與第二電感線圈(L2)的信號輸出端并聯(lián)第六電容器(C6)和第二電阻(R2)；在第一電感線圈(L1)的兩端與地之間分別接有第二電容器(C2)和第三電容器(C3)，在第二電感線圈(L2)的兩端與地之間分別接有第四電容器(C4)和第五電容器(C5)；第五電感線圈(L5)、第六電感線圈(L6)的信號輸入端之間并聯(lián)有第七電容器(C7)，第三電感線圈(L3)、第四電感線圈(L4)的信號輸出端與地之間分別接有第八電容器(C8)和第九電容器(C9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁干擾抑制裝置，其特征在于第五電感線圈(L5)、第六電感線圈(L6)共用的一個圓形磁環(huán)采用Ni-Zn鐵氧體作為共模電感的圓形磁環(huán)；第一電感線圈(L1)、第二電感線圈(L2)共用的一個圓形磁環(huán)采用鐵基納米晶作為共模電感的圓形磁環(huán)；第三電感線圈(L3)、第四電感線圈(L4)共用的一個圓形磁環(huán)采用Ni-Zn鐵氧體作為共模電感的磁環(huán)。
專利摘要電磁干擾抑制裝置是一種用于抑制電力系統(tǒng)電磁干擾，保證電力系統(tǒng)自動化設(shè)備正常工作的器件，設(shè)計濾波器結(jié)構(gòu)時需充分考慮負(fù)載阻抗特性，在測試典型端口(電源、PT、CT端口)阻抗特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩種典型電路。當(dāng)負(fù)載阻抗小于50Ω時適用于低負(fù)載阻抗濾波電路；當(dāng)負(fù)載阻抗大于50Ω時適用于高負(fù)載阻抗濾波電路。本發(fā)明的電力系統(tǒng)自動化設(shè)備電磁干擾抑制器，由電容器和電感線圈所組成，該抑制器對電力自動化關(guān)鍵設(shè)備各典型端口的阻抗特性，以及對快速瞬變和阻尼振蕩波干擾具有較強的抑制作用。
文檔編號G12B17/02GK2824520SQ20052007566
公開日2006年10月4日 申請日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者鄭建勇, 梁志成, 傅靜波, 秦申蓓, 張先飛, 張梅, 陳飛 申請人:東南大學(xué), 國電自動化研究院