电气控制柜的抗震和电磁屏蔽改进设计

陈兴

摘 要：电磁干扰和震动是电气控制柜在运行工作中经常遇到的问题，对控制柜的安全稳定运行和使用寿命等都有很大的影响。因此，为了确保电气控制柜的安全稳定运行，减少因震动造成的故障损坏，延长控制柜的使用寿命，我们必须要加强对控制柜的抗震和电磁屏蔽的改进设计，本文对此进行了研究和探讨。

关键词：电气控制柜；抗震；电磁屏蔽；改进设计

随着电气技术和自动化控制技术的发展，电气控制柜在网络、机械、电力等自动控制环节中的应用越来越广泛，以PLC控制柜为代表的电气控制柜更是以良好的集成性和稳定性成为现代工业的核心和灵魂，电气控制柜在现代社会生产活动中的重要性也由此可见一斑。电气控制柜内容纳了很多精密的电子电气元件，它们对工况环境的要求比较高，只有在平稳、干燥、少尘、无电磁干扰的工况环境下才能保持长期的安全稳定运行。而电气控制柜在工业生产等方面的实际应用中，由于工况环境比较复杂，电气控制柜结构越来越紧凑，因而也经常会不可避免地受到震动和电磁干扰的影响。频繁的震动和电磁干扰影响下，不仅容易造成电气元件焊接点和线路的松脱，而且还会影响电气元件工作的稳定性，继而造成生产停滞甚至引发一些安全事故，因此，人们对电气控制柜结构中的抗震和电磁屏蔽的改进设计也提出了更高的要求。通过实践研究，从材料选择、表面处理、走线接地等方面入手进行改进设计，可以有效减少控制柜的电磁干扰。

1 电气控制柜的电磁干扰分析

1.1 电磁兼容性与电磁干扰

现代社会是电气化的时代，电气控制柜在各领域的应用越来越广泛，并且其结构设计中也是越来越紧凑，在电气控制柜集成性、功能性更强大的同时，各电子装备相互间的电磁干扰也更加严重。柜内电子设备处在一个复杂的电磁环境中，为了使电气设备在电磁环境中正常运行，各项性能指标不受影响，这就需要电气设备本身要具有抵抗环境电磁干扰（EMI）的能力；而与此同时，设备还应具有一定的电磁兼容能力（EMC），使设备不干扰其他设备的正常工作。电气控制柜的改进设计中应充分考虑到电磁干扰和电磁兼容性的要求，做好相應的屏蔽措施。

1.2 自生干扰

自生干扰顾名思义，是指电气设备内部各功能单元之间通过电路连接和电磁辐射而产生的干扰。其干扰表现为各功能单元内部产生的高频辐射，对元器件本身或其他元器件的稳定性造成的干扰影响；印刷电路板上的级间漏电和线间电容造成的干扰。

1.3 入侵干扰

入侵干扰是指电气控制柜以外的干扰因素对电气控制系统产生的干扰。主要包括外部高频高压设备产生的强磁场的辐射干扰；各功能单元电路中开关电源、变压器、逆变器等产生的干扰；外部高电压设备通过公共接地和公用电源对电气控制柜系统产生的干扰；由设备散热产生的热辐射而对单元性能和整机功能等造成的干扰。

2 电气控制柜的抗震和电磁屏蔽改进设计

根据电磁学的基本原理，凡是利用导磁性和导电性能良好的材料所构成的密闭壳体都具有明显的电磁屏蔽功能，在电气控制柜的抗电磁干扰设计中，也应充分利用该原理来控制电磁感应和辐射的传播，抑制电磁干扰。

2.1 电气控制柜的整体设计和屏蔽材料的选择

根据电磁学基本原理我们可知，屏蔽材料的选择对电磁屏蔽效果的影响是最大的，在屏蔽材料选择上一定要选用导磁性和导电性良好的材料，如果静电屏蔽和电磁屏蔽都要兼顾的话，可采用电场屏蔽和磁场屏蔽双层屏蔽的结构来解决，其屏蔽效果为每层屏蔽效果之和。一般情况下屏蔽材料的选择对1KHZ以下的低频屏蔽体选用磁导率较高的磁性材料，如铁、坡莫合金等；对高频屏蔽体选用良导体。由于刚材料具有较高的导电率，因此也是用于磁场屏蔽的理想材料。一般来讲，电气控制柜的柜体通常采用不锈钢材料，一来是可以抵抗外界的电磁干扰，再者也确保了柜体结构的强度和稳定性，提高了柜体的抗震性能。虽然屏蔽材料的厚度与其屏蔽效果是成正比的，但在实际应用中考虑到厚度对其尺寸、重量、适用性等方面的影响，因而其厚度也应根据实际情况来确定，在确保良好屏蔽效果的基础上尽量薄一些。

2.2 接缝设计

屏蔽体的表面应是平滑而成一体的表面，无缝隙、无孔洞，才能确保屏蔽体良好的电磁屏蔽效果。但在实际中，电气控制柜的机壳通常是采用焊接、螺接等方法加工而成的，由于焊接质量和螺丝紧固件之间存在的不密闭空间，使得屏蔽体表面的金属板之间经常存在一些细长的缝隙，继而也导致了屏蔽效果的下降。从控制缝隙方面考虑，柜体的接缝形式以搭边焊最为理想，并且相比于螺接等方式，焊接柜体的稳定性和抗震性能也更好。为控制焊缝质量，保证屏蔽效果，在焊缝设计时应注意以下：焊接前应做好校直工作，在结合处需采用连续焊接，同时应使用夹具定位等方式，以减少焊接变形；焊缝必须保证焊接牢靠，不得有虚焊、漏焊以及裂纹、烧穿等情况，焊接高度均等于被焊接的最小质量。

2.3 布线的抗震和抗干扰防护设计

由于不同电缆中电位各不相同，因此，电缆的电磁泄露也会造成电磁干扰，这就需要我们采取合理的布线设计，才能有效地抑制这类干扰。布线设计中一是要将容易受到干扰的弱电线与发射干扰的强电线分开布置，使它们尽量远离，布线设计时合理安排好强电和弱电的左右分区；二是要减小回路的布线网孔，利用绞合线完成布线；三是要使接线尽量短、直，切不可迂回绕弯，如果迂回绕弯形成线圈的话，比较容易形成和接受电磁干扰。因此，在布局中应将空开和接触器等分开布置于上、下格子中，以减少其干扰的产生。同时注意电缆、电气元件等要螺丝、卡子等固定牢靠，有防震要求的应增加减震装置，其紧固螺栓也应采取相应的防松措施。

参考文献

[1]张维杰.电气控制柜设计与施工探讨[J].山东工业技术，2014，（13）：167.

[2]區健昌.电子设备的电磁兼容性设计[M].北京：电子工业出版社，2004.

（作者单位：邯郸市天海人力资源有限公司）