Tương thích điện từ trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
Đề tài:

TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG BỘ ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU

GVHD
HVTH
LỚP

: PGS.TS. TĂNG TẤN CHIẾN
: NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG
: KTĐT K25

Đà Nẵng 11/2013


Tiểu luận môn Tương thích điện từ

2
2


[Type the document title]
LỜI MỞ ĐẦU
Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên thế giới đang phát triển rất nhanh, luôn

cần đạt đến những yêu cầu kỹ thuật mới. Các thiết bị trong hệ thống điện công nghiệp,
các dây chuyền sản xuất trong nhà máy được điều khiển từ động cơ cảm ứng không đồng
bộ (KĐB) với chi phí hợp lý và độ bền cấu trúc. Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ KĐB
là một vẫn đề khó khăn, phức tạp vì động cơ KĐB là một hệ phi tuyến, cần thuật toán
điều khiển chặt chẽ. Hiệu quả kinh tế trong sản xuất phụ thuộc vào việc sử dụng hợp lý
các thiết bị điện trong sản xuất, điều khiển đạt hiệu suất tối ưu nhất.
Các hệ thống cần điều khiển tốc độ động cơ hoạt động theo yêu cầu chính xác,
việc sử dụng bộ điều khiển động cơ xoay chiều có vai trò rất quan trọng trong điều
khiển động cơ điện KĐB ba pha. Bên cạnh đó, môi trường công nghiệp bị ảnh hưởng
bởi các loại nhiễu do các thiết bị điện, điện tử gây ra. Khi bộ điều khiển động cơ xoay
chiều hoạt động trong môi trường nhiễu, nhiễu được bức xạ và truyền thông qua các dây
cáp tín hiệu và dây cáp nguồn, có thể ảnh hưởng đến chức năng, gây lỗi hay thậm chí
gây hư hại cho bộ điều khiển.
Để ngăn chặn điều này, một số bộ điều khiển động cơ xoay chiều có chống nhiễu
tăng cường nhưng kết quả còn hạn chế và không kinh tế. Do đó, phương pháp hiệu quả
là tìm ra nguyên nhân gây nhiễu và sử dụng giải pháp phù hợp để đạt mục tiêu “không
bức xạ, không truyền dẫn và không tiếp thu nhiễu”. Các giải pháp này cần được áp
dụng.

3
3


Chương 1:

1.1.

GIỚI THIỆU

Khái niệm tương thích điện từ

Tương thích điện từ (TTĐT)- một thuật ngữ chỉ rõ đặc tính mà những thiết bị

điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong một môi trường có sự hiện diện của
các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi trường xung quanh chúng tác động vào.
Mô hình cơ bản của TTĐT được minh họa bởi hình 1.1

Thiết bị A

Thiết b

Môi trường ngoài
Hình 1.1 Mô hình cơ bản của TTĐT
Nếu một hệ thống là EMC thì phải thỏa mãn ba tiêu chuẩn sau:
• Không gây ra nhiễu với các hệ thống khác.
• Không nhạy với sự phát xạ từ các hệ thống khác.
• Không gây ra nhiễu cho chính nó.
Khái niệm chính trong TTĐT là mối quan hệ giữa “Nguồn phát- Đường dẫn- Máy
thu”
Nguồn phát

Nguồn phát

Nguồn phát

Hình 1.2: Nguồn phát- Đường dẫn- Máy thu
Có ba thành phần cơ bản: Nguồn phát, đường dẫn và máy thu

4
4

Máy thu có thể có hai loại khác nhau:
-

Loại chủ động: Máy thu thanh hoặc máy thu hình.

-

Loại thụ động: Máy vi tính hoặc một số loại thiết bị điện tử khác.
Một số đề xuất để giải quyết vấn đề TTĐT trong mô hình này

-

Khử năng lượng tại nguồn phát (nghĩa là ta có thể giảm tổng năng lượng được phát
xạ).

-

Xác định đường truyền dẫn cho bản thân thiết bị, đường dẫn này phải được kiểm
soát thông qua các dây dẫn hoặc bức xạ ra không gian.

-

Xác định đặc tính của máy thu và làm cho nó có thể tăng khả năng chống nhiễu hơn.
Tóm lại, các vấn đề của EMC liên quan đến sự phát sinh, sự truyền và sự thu

nhận năng lượng điện từ. Hình 1.2 minh họa ba yếu tố của một vấn đề EMC: nguồn tạo
ra sự phát xạ, và đường dẫn mang năng lượng phát xạ chuyển từ nguồn đến máy thu, và
vì vậy năng lượng điện từ không mong muốn được chuyển đổi thành một số tác động
không mong đợi.

1.2.
Tương thích điện từ trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều
1.2.1. Bộ điều khiển động cơ xoay chiều
1.2.1.1.
Động cơ xoay chiều
 Cấu tạo: gồm hai bộ phận chính

- Cuộn dây cố định (còn gọi là Stator)
- Bộ phận xoay (còn gọi là Rotor)

Hình 1.3 Cấu tạo của động cơ xoay chiều

5
5


Stator gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành
tròn để tạo ra từ trường quay. Rotor hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi
thép.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do Stator gây ra làm
cho Rotor quay trên trục. Chuyển động quay của Rotor được trục máy truyền ra ngoài
và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác. Trục
này quay với tốc độ do biến tần xác định.
1.2.1.2.

Bộ điều khiển động cơ xoay chiều
Bộ điều khiển động cơ xoay chiều là thiết bị dùng để điều khiển tốc độ của động

cơ điện, động cơ cảm ứng, hay động cơ đồng bộ. Động cơ điện xoay chiều đầu tiên
được thiết kế vào năm 1899. Động cơ điện chuyển đổi điện năng thành cơ năng nhờ vào

hiện tượng cảm ứng điện từ. Các động cơ này được đặc trưng bởi:
-

Tốc độ cố định, xác định bởi tần số của nguồn điện cấp
Moment xoắn cố định.
Tuy nhiên, với tốc độ cố định thì không phù hợp cho tất cả trường hợp; do đó,

cần phải điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu thực tế.
Bộ điều khiển động cơ xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ví
dụ, các dòng chảy của nước và hóa chất trong tiến trình công nghiệp thường được điều
khiển bằng cách điều chỉnh tốc độ của các máy bơm; hay bộ điều khiển động cơ gắn với
các quạt để điều chỉnh luồng không khí trong hệ thống điều hòa không khí và nhiệt lớn…
 Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển động cơ xoay chiều:

Tốc độ được điều khiển bằng cách thay đổi tần số của nguồn điện cấp cho động
cơ. Điện lưới xoay chiều 3 pha được nối đến động cơ và tạo ra một từ trường quay trong
nó. Rotor của động cơ điện sẽ theo từ trường quay này. Bộ điều khiển động cơ xoay chiều
sẽ chuyển đổi tần số của nguồn điện cấp sang tần số nằm trong khoảng 0-300 Hz hoặc
thậm chí cao hơn, và do đó điều khiển tốc độ động cơ tỷ lệ thuận với tần số.
 Các thành phần chính của bộ điều khiển động cơ xoay chiều:

6
6


Hình 1.4 Các thành phần chính của bộ điều khiển động cơ xoay chiều
Bộ chỉnh lưu:
Bộ điều khiển động cơ xoay chiều được cấp nguồn bởi điện lưới thông qua bộ
•

chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu có thể là 1 chiều hoặc 2 chiều. Khi chỉnh lưu 1 chiều, bộ
điều khiển động cơ xoay chiều có thể tăng tốc và chạy động cơ bằng cách lấy năng
lượng từ mạng điện. Nếu chỉnh lưu 2 chiều, bộ điều khiển động cơ xoay chiều
cũng có thể mang năng lượng quay từ động cơ và hồi tiếp lại cho mạng điện.
• Mạch DC:
Mạch DC sẽ lưu trữ nguồn điện từ bộ chỉnh lưu cho bộ biến tần sử dụng. Trong
hầu hết các trường hợp, nguồn điện được lưu trữ trong các tụ điện có dung lượng
cao.
Bộ biến tần:
Bộ biến tần lấy nguồn từ mạch DC và cung cấp cho động cơ. Bộ biến tần sử dụng
•

kỹ thuật điều chế tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha đầu ra cho động cơ. Tần số có
thể được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu.
 Ưu điểm:
• Cho phép người dùng kiểm soát tốc độ của động cơ đem lại nhiều thuận lợi
trong quá trình kiểm soát. Điều chỉnh tốc độ như là phương tiện để kiểm
-

soát tiến trình:
Hoạt động mượt mà hơn
Kiểm soát tăng tốc
Tốc độ làm việc khác nhau cho mỗi tiến trình
Bù đắp cho sự thay đổi các biến của tiến trình
Điều chỉnh tốc độ sản xuất
Cho phép định vị chính xác
Kiểm soát moment
Khống chế dòng khởi động động cơ, giúp quá trình khởi động êm ái, nâng

cao độ bền kết cấu cơ khí.

Tiết kiệm năng lượng…
 Nhược điểm:
- Tạo ra lượng nhiệt lớn và các sóng hài.
1.2.2. Tương thích điện từ trong bộ điều khiển động cơ xoay chiều
-

7
7


Khi bộ điều khiên động cơ xoay chiều hoạt động, tín hiệu điều hòa sẽ xuất hiện ở
đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển động cơ xoay chiều. Nó tạo ra một mức nhiễu điện
từ nhất định cho các thiết bị điện xung quanh và mạng điện lưới. Động cơ xoay chiều
thường được ứng dụng trong môi trường công nghiệp với nhiễu điện từ mạnh. Trong điều
kiện như vậy, một động cơ xoay chiều có thể gây nhiễu hoặc bị gây nhiễu.
Bộ điều khiển động cơ xoay chiều của Delta được thiết kế TTĐT và tuân thủ các
tiêu chuẩn EMC EN61800 -3 năm 2004. Cài đặt các bộ điều khiển động cơ xoay chiều
chính xác sẽ giảm ảnh hưởng nhiễu điện từ và đảm bảo tính ổn định lâu dài của hệ thống
điện.

8
8


Chương 2:

VẤN ĐỀ TRÁNH NHIỄU ĐIỆN TỪ

2.1 Các loại nhiễu điện từ
Nhiễu điện từ của bộ điều khiển động cơ xoay chiều có thể được phân biệt thành nhiễu ở

chế độ sai lệch và nhiễu ở chế độ chung.
Nhiễu ở chế độ sai lệch bị gây ra bởi điện dung kí sinh giữa các dây dẫn và nhiễu ở chế
độ chung bị gây ra bởi đường dẫn ghép của chế độ chung được tạo ra bởi điện dung kí
sinh giữa các dây dẫn và đất.

Hình 2.1 Nhiễu ở chế độ sai lệch và chế độ chung
Về cơ bản, nhiễu ở chế độ sai lệch có tác động lớn hơn đối với bộ điều khiển động
cơ AC và nhiễu ở chế độ chung có tác động lớn hơn đối với các thiết bị điện tử có độ
nhạy cao . Một lượng quá nhiều nhiễu ở chế độ sai lệch có thể kích hoạt hệ thống bảo vệ
mạch của bộ điều khiển động cơ AC. Nhiễu ở chế độ chung ảnh hưởng đến các thiết bị
điện tử ngoại vi thông qua kết nối đất chung.

9
9


Các vấn đề TTĐT có thể quan trọng hơn khi theo các điều kiện sau đây:

- Khi một bộ điều khiển động cơ AC công suất lớn được kết nối với một
động cơ công suất lớn.

- Điện áp làm việc của bộ điều khiển động cơ AC tăng lên.
- Các IGBT chuyển mạch nhanh.
- Khi một dây cáp dài được sử dụng để nối động cơ với bộ điều khiển động
cơ AC .
2.2 Đường truyễn dẫn của nhiễu điện từ

Nhiễu làm ảnh hưởng đến các thiết bị/ hệ thống điện ngoại vi có độ nhạy cao thông
qua đường dẫn và bức xạ, các đường truyền của chúng được trình bày sau đây:

 Dòng nhiễu trong các dây cáp điện không bọc được dẫn tới đất thông qua
điện dung kí sinh với một điện áp chế độ chung. Có hoặc không có các
module khác có khả năng chống nhiễu ở chế độ chung này phụ thuộc vào
hệ số nén đồng pha CMRR, thể hiện trong hình 2.2

Noise

Unshielded cable

Send

Receive

Load

Cstray

Ground

Hình 2.2
 Nhiễu ở chế độ chung trong cáp nguồn được truyền qua điện dung kí sinh

và được ghép với cáp tín hiệu lân cận, thể hiện trong hình 2.3. Một số
phương pháp có thể được áp dụng để giảm ảnh hưởng của nhiễu ở chế độ

10
10


chung này, ví dụ như bọc các dây cáp tín hiệu hoặc các dây cáp nguồn,

tách riêng các loại cáp nguồn và tín hiệu, lấy cáp tín hiệu đầu vào và bên
đầu ra xoắn chúng với nhau để cân bằng điện dung kí sinh, để các cáp
nguồn và cáp tín hiệu chéo nhau góc 90°…
Unshielded cable
Noise

Cstray

Cable
Po

Sys
Ground
Hình 2.3

 Nhiễu ở chế độ chung được ghép thông qua cáp nguồn đến các hệ thống
nguồn khác, sau đó cáp của hệ thống nguồn được nối với hệ thống truyền
tải, như thể hiện trong hình 2.4.
Unshielded cable
Noise
Cstray
Send

Receive

Load

Ground
Hình 2.4

 Nhiễu ở chế độ chung của một dây cáp nguồn không bọc chắn được truyền
xuống đất thông qua điện dung kí sinh. Vì cả hai dây bọc chắn và không

11
11


bọc chắn dây được nối đến một đất chung, các hệ thống khác có thể bị ảnh
hưởng bởi nhiễu truyền từ mặt đất trở lại vào hệ thống thông qua dây bọc
chắn. Xem hình 2.5
Noise

Unshielded cable

Send

Receive
Cstray
Load
Cstray

Ground

Hình 2.5
 Khi có quá nhiều dòng điều chế xung đi qua một dây cáp của bộ điều khiển

động cơ AC không nối đất, nó hoạt động như một ăng-ten và tạo ra nhiễu
bức xạ.

12

12


 Chương 3:


CÁC GIẢI PHÁP GIẢM NHIỄU ĐIỆN TỪ

Dòng rò của một thiết bị điện tử được dẫn xuống đất thông qua dây nối đất

và điện cực nối đất. Theo định luật Ohm, hiệu điện thế có thể phát sinh khi điện trở đất
của điện cực và điện trở đất của đất là khác nhau.



Theo định luật Ohm, điện trở đất cho điện cực và đất là khác nhau, trong

trường hợp này hiệu điện thế có thể phát sinh.
3.1 Giải pháp nối đất
3.1.1 Nối đất bảo vệ và nối đất chức năng



Nối đất bảo vệ được ứng dụng bên ngoài các tòa nhà và phải có sức điện trở

thấp. Mặt khác, nối đất chức năng có thể được ứng dụng bên trong các tòa nhà và phải có
trở kháng thấp.



Mục tiêu của TTĐT là để tránh bất kỳ tác động nhiễu. Nôi đất cho TTĐT

có thể được phân biệt bởi tần số. Đối với tần số thấp hơn 10kHz, nên sử dụng hệ thống
đất đơn điểm và đối với các tần số cao hơn 10 kHz , nên sử dụng hệ thống đất đa điểm.

• Nối đất đơn điểm: tất cả các đất tín hiệu của tất cả các thiết bị truyền dẫn
công nghiệp được nối tiếp để tạo thành một điểm tham chiếu duy nhất.
Điểm này có thể được nối trực tiếp đến đất; đến điểm nối đất được chỉ định
hoặc đến điểm an toàn đã được nối đất.

• Nối đất đa điểm: tất cả các tín hiệu của tất cả các thiết bị truyền dẫn công
nghiệp được nối đất độc lập.

• Nối đất Hybrid: loại nối đất này hoạt động khác biệt đối với các tần số thấp
và cao. Khi hai phần của thiết bị A và B được kết nối thông qua một dây cáp
được bọc chắn, một đầu được nối trực tiếp với đất trong khi đầu kia được nối
với đất thông qua một tụ điện. Hệ thống nối đất này đáp ứng các tiêu chuẩn
cho nối đất tần số cao và thấp.

• Nối đất floating: các tín hiệu của tất cả các thiết bị truyền dẫn công nghiệp
được cách ly với nhau và không được nối đất.



Dòng DC chảy đều khắp dây dẫn, nhưng dòng điện AC chảy về phía bề mặt

của dây dẫn khi tần số tăng, điều này được gọi là "hiệu ứng bề mặt". Nó làm cho diện tích

13
13

mặt cắt hiệu dụng bị giảm khi tăng tần số . Do đó để tăng diện tích mặt cắt hiệu dụng đối
với các tần số cao bằng cách thay thế mấu dây nối đất bằng các dây dẫn bện hoặc dây dẫn
dải . Tham khảo hình sau đây .


Pigtail
HF

1
LF-HF

2
1
3

Braided





Đây là lý do tại sao phải sử dụng dây nối đất ngắn và dày để nối với đường

dẫn đất chung hoặc thanh góp nối đất. Đặc biệt là khi một bộ điều khiển (ví dụ như PLC)
được nối với một bộ điều khiển động cơ AC, nó phải được nối đất bởi một dây dẫn ngắn
và dày và được đề xuất sử dụng dây dẫn bện bằng phẳng (ví dụ: lưới kim loại) với một
trở kháng thấp hơn ở tần số cao.



Nếu dây nối đất quá dài, điện cảm của nó có thể ảnh hưởng đến cấu trúc

của các tòa nhà hoặc tủ điều khiển và tạo ra điện cảm tương hỗ và điện dung kí sinh.
Được thể hiện trong hình dưới đây, một dây nối đất dài có thể trở thành một ăng-ten
thẳng đứng và biến thành một nguồn nhiễu.


14
14



Painted sheet metal

Lo
n
g
P

HF

3.1.2

Các vòng lặp nối đất



Một vòng lặp nối đất xảy ra khi các phần của thiết bị được kết nối với

nhiều hơn một đường dẫn nối đất. Trong trường hợp này, dòng nối đất có thể quay trở
lại điện cực nối đất thông qua nhiều hơn một đường dẫn. Có ba phương pháp để tránh
các vòng lặp nối đất:
-

Sử dụng một mạch nguồn chung

-

Nối đất đơn điểm

-

Cách ly các tín hiệu (ví dụ bằng photocouplers)

15
15



Cable
Equipment

Equipment

A

B

Earth plane

Go od
Cable
Accompanying cable

Equipment

Equipment

A

B
Very good
Cable
Earth plane

Để tránh Nhiễu ở chế độ chung thì thì sử dụng các dây song song hoặc dây cáp



xoắn đôi. Theo quy tắc này và tránh dây dẫn dài, nên đặt 2 dây gần nhau nếu có thể.
3.1.3

Các hệ thống nối đất



Các tiêu chuẩn quốc tế IEC60364 phân biệt ba loại hệ thống nối đất khác

nhau , bằng cách sử dụng mã hai kí tự TN , TT , IT .
•

Kí hiệu đầu tiên thể hiện các loại nối đất cho các thiết bị cung cấp nguồn (máy
phát điện hoặc máy biến áp).
-

T : Một hoặc nhiều điểm của thiết bị cung cấp nguồn được nối trực tiếp đến
cùng điểm nối đất.

- I: Hoặc là không có điểm được nối với đất (được cách ly) hoặc nó được nối với
đất thông qua một trở kháng cao.

• Kí hiệu thứ 2 thể hiện kết nối giữa đất và thiết bị cung cấp nguồn.
- T: Được nối trực tiếp tới đất (Điểm nối đất này tách biệt với các điểm nối đất
khác trong hệ thống cung cấp nguồn).

- N : Nối với đất thông qua dây dẫn được cung cấp bởi hệ thống cung cấp
nguồn.
•

Kí hiệu thứ ba và thứ tư ra thể hiện vị trí của dây đất
-

S: Các dây trung tính và dây đất riêng biệt

-

C: Dây trung tính và đất được kết hợp thành một dây dẫn đơn.

16
16


 Hệ thống TN:

-

TN: Điểm trung tính của máy biến áp hay máy phát điện áp thấp được nối

đất, thường là điểm nối sao trong hệ thống điện 3 pha. Thân của thiết bị điện được nối đất
thông qua nối đất này tại máy biến áp.

-

Protective earth (PE): Dây dẫn nối phần kim loại tiếp xúc với người dùng.

- Neutral (N): Dây dẫn nối với điểm nối sao trong hệ thống điện 3 pha hoặc
mang dòng rò trong một hệ thống điện 1 pha.
-

 Hệ thống TN-S

-

TN-S: PE và N là hai dây dẫn riêng biệt chỉ được kết hợp với nhau gần

nguồn điện (máy biến áp hoặc máy phát điện). Nó cũng giống như hệ thống 3 pha 5 dây.

17

17


 Hệ thống TN-C

-

TN-C: PE và N là hai dây dẫn riêng biệt trong một trang bị điện tương tự

như một hệ thống 3 pha 5 dây, nhưng gần phía bên nguồn điện, PE và N được kết hợp
thành một dây trung tính nối đất bảo vệ (PEN) tương tự như hệ thống 3 pha 4 dây.

-

18
18


 Hệ thống TN-C-S

-

TN-CS: hệ thống dây trung tính và đất kết hợp (dây trung tính nối đất bảo

vệ) được sử dụng trong các hệ thống nhất định nhưng cuối cùng chia thành hai dây dẫn
riêng biệt PE và N. Một ứng dụng điển hình của dây PEN được kết hợp là từ trạm biến áp
đến tòa nhà nhưng trong tòa nhà dây trung tính bảo vệ nối đất được tách thành các dây
PE và N.

-

Nối trực tiếp các dây PE và N đến nhiều điểm nối đất tại các vị trí khác

nhau sẽ giảm nguy cơ các dây trung tính bị hỏng.

-

 Hệ thống TT

-

TT: Các điểm trung tính (N) của máy biến áp điện áp thấp và các khung

thiết bị (PE) được nối với một điểm nối đất riêng biệt. Điểm trung tính (N) của máy
biến áp và thiết bị điện được kết nối
-


 Hệ thống IT

-

IT: Điểm trung tính của máy biến áp và thiết bị điện không nối đất, chỉ có

các khung thiết bị PE được nối đất.

-

Trong mạng IT, hệ thống phân phối nguồn, dây trung tính hoặc là không

nối với đất hoặc được nối đất thông qua một trở kháng cao. Trong một hệ thống như vậy,
một thiết bị giám sát được cách ly được sử dụng để theo dõi trở kháng.

-

Một bộ lọc bên trong nên bị ngắt kết bởi dây nhảy RFI và một bộ lọc bên

ngoài không nên được cài đặt khi bộ điều khiển động cơ AC hoặc bộ điều khiển động cơ
trợ lực AC được kết nối với một hệ thống IT.

3.2 Giải pháp bọc chắn
3.2.1 Bọc chắn là gì?


-

Bọc chắn tĩnh điện được sử dụng để cách ly thiết bị để nó sẽ không tạo ra

nhiễu điện từ trường hoặc bị ảnh hưởng bởi một trường điện từ bên ngoài. Một vật liệu
dẫn điện được sử dụng cho bọc chắn tĩnh điện để tạo ra sự cách ly này.

-

Một lồng Faraday có thể được làm từ một lưới kim loại hoặc vật liệu dẫn

điện. Một đặc trưng của kim loại là nó có tính dẫn điện cao và không tĩnh điện, điều này
sẽ tạo ra sự che chắn và ngăn nhiễu của các điện trường bên ngoài. Kim loại với độ dẫn
điện cao của nó sẽ bảo vệ các thiết bị bên trong khỏi những điện áp cao - không có điện
áp nào truyền vào lồng ngay cả khi lồng đang tải một dòng điện cao. Ngoài ra, trường
điện từ cũng có thể đi qua lồng Faraday mà không gây ra bất kỳ sự xáo trộn.

-

Bọc chắn được sử dụng cho một số thiết bị điện và thiết bị đo lường với

mục đích ngăn chặn nhiễu. Ví dụ về bọc chắn bao gồm:
•

Nối đất thiết bị trong nhà có điện áp cao sử dụng khung kim loại hoặc lưới kim

•

loại mật độ cao.
Bọc chắn một biến áp điện có thể đạt được bằng cách quấn một tấm kim loại giữa
các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp hoặc bằng cách thêm một dây sứ vào cuộn dây,

sau đó nối đất.
• Một lớp bọc chắn, được làm bằng lưới kim loại hoặc sợi dẫn điện để có sự bảo vệ
hiệu quả cho các công nhân làm việc trong một môi trường điện áp cao.

-

Trong hình bên dưới, thiết bị radio xuất hiện dường như không hoàn toàn

bao phủ bởi kim loại nhưng nếu tính dẫn điện của kim loại là cao, sóng radio được hoàn
toàn bị chặn và thiết bị radio sẽ không nhận được bất kỳ tín hiệu.
-

-

Các kết nối điện thoại di động cũng được thiết lập thông qua việc truyền

sóng vô tuyến. Đây là lý do tại sao việc tiếp nhận điện thoại di động thường bị ngắt khi
chúng ta bước vào thang máy. Các bức tường kim loại của các thang máy tạo hiệu ứng


bọc chắn cũng giống như khi chúng ta bước vào một lồng kim loại. Một ví dụ khác là lò
vi sóng. Cửa lò vi sóng có vẻ trong suốt đối với thị giác, nhưng mật độ của các lưới kim
loại trong cửa lò vi sóng chặn sóng điện từ. Mật độ của các lưới kim loại cao hơn cung
làm cho bọc chắn tốt hơn.
-

3.2.2

Giảm nhiễu điện từ bằng bọc chắn

-

Sắt và các kim loại là vật liệu dẫn điện cao cung cấp bọc chắn tĩnh điện có

hiệu quả ở tần số rất thấp. Nhưng tính dẫn sẽ giảm khi:
1. Tín hiệu tần số cao được sử dụng cho dây dẫn.
2. Thiết bị được đặt trong một từ trường mạnh.
3. Khung bọc chắn bị ép tuân theo một dạng đặc biệt nào đó của các thiết bị máy.
 Hiệu quả của bọc chắn bằng kim loại

- Hiệu quả của bọc chắn (SE) được sử dụng để đánh giá khả năng của lớp vỏ
bọc chắn. Công thức là:

- SEdB=A+R+B (đơn vị là dB)

- Trong đó: A = tổn hao hấp thụ (dB)
-

R = tổn hao phản xạ (dB)


-

B = hệ số điều chỉnh (dB) ( đối với đa phản xạ trong chắn mỏng)

- Tổn hao hấp thụ là tổng số lượng năng lượng mất mát khi sóng điện từ
truyền qua các tấm chắn. Công thức là:

- AdB=1.314(fσμ).1/2t
- Trong đó: f = tần số (MHz)
-

μ = độ từ thẩm tương ứng của đồng

-

σ = độ dẫn suất tương ứng của đồng

-

t = độ dày của tấm chắn tính bằng cm

-

Tổn hao phản xạ phụ thuộc vào nguồn của sóng điện từ và khoảng cách từ

nguồn phát. Đối với một que hoặc dây ăng ten thẳng, trở kháng sóng tăng lên khi nó di
chuyển gần hơn với nguồn phát và giảm khi nó di chuyển ra khỏi nguồn phát cho đến khi
nó đạt đến trở kháng sóng phẳng và không có sự thay đổi.
 Thiết kế tủ điện

-

Trong một điện trường tần số cao, có thể tạo ra bọc chắn tĩnh điện bằng

cách sơn một lớp mỏng kim loại dẫn điện bao phủ hoặc trên vật liệu lót bên trong. Tuy
nhiên, lớp phủ phải kín và tất cả các phần cần được bao bọc đúng cách mà không có bất
kỳ một mối nối hoặc những khoảng trống nào (giống như một cái lồng Faraday). Đó chỉ
là ý tưởng. Thực hiện một vỏ bọc chắn liền mạch là không thực tế vì lồng cấu thành từ
các phần kim loại. Trong một số điều kiện, khoan lỗ trên các lớp vỏ tấm chắn để việc lắp
đặt các phụ kiện (như thẻ tùy chọn và các thiết bị khác) là cần thiết.

-

1 . Nếu các thành phần kim loại được hàn đúng cách và sử dụng công nghệ

hàn tinh xảo để tạo thành một tủ điện , sự biến dạng trong quá trình sử dụng không xảy
ra. Nhưng nếu các tủ điện được lắp ráp bằng ốc vít, các lớp cách điện bảo vệ dưới các vít
phải được loại bỏ trước khi lắp ráp để đạt được độ dẫn điện lớn nhất và che chắn tốt
nhất .

-

2 . Khoan lỗ cho việc lắp đặt dây trong tủ điện làm giảm tác dụng che chắn

và làm tăng cơ hội của sóng điện bị rò rỉ thông qua các lỗ và phát tán nhiễu. Do đó nên
để các lỗ khoan càng hẹp càng tốt. Khi các lỗ dẫn dây điện không được sử dụng, bọc các
lỗ lại bằng các tấm kim loại hoặc vỏ bọc kim loại. Sơn hoặc lớp phủ của các tấm kim loại
và vỏ kim loại nên được loại bỏ triệt để để đảm bảo tiếp xúc kim loại với kim loại hay
một miếng đệm dẫn nên được lắp đặt .


-

3 . Cài đặt các miếng đệm dẫn công nghiệp với tủ điện còn nguyên niêm

phong và các cánh cửa tủ không có khoảng cách . Nếu miếng đệm dẫn điện quá tốn kém,
thì nên vít cửa tủ đến tủ điện với một khoảng cách ngắn giữa các ốc vít.

4 . Dành riêng một đầu tiếp đất trên cánh cửa tủ điện . Đầu tiếp đất này không nên sơn.
Nếu đã có sơn, hãy loại bỏ lớp sơn trước khi tiếp đất .
-

 Các dây điện và cáp

-

Loại cáp bọc xoắn đôi có vỏ chắn (STP) là một loại cáp mà hai dây đồng

cách điện được xoắn lại với nhau với một lưới kim loại bọc xung quanh các cặp xoắn để
hình thành các màn chắn điện từ và cũng có thể được sử dụng cho nối đất.

-

Các dây điện riêng lẻ và cáp được bao quanh bằng (tổng hợp) cao su để

cách ly và cũng để bảo vệ tránh hư hại.

-

Có hai loại dây cáp điện: điện áp cao và điện áp thấp. Cáp điện áp cao khác

với cáp điện áp thấp ở chỗ nó có thêm một lớp cách điện được gọi là chất cách điện điện
môi trong vỏ plastic. Chất cách điện điện môi là thành phần quan trọng nhất trong sự
cách điện. Cáp điện áp thấp thường chỉ thêm vào một chất polyme mềm để giữ cố định
cho các dây đồng bên trong.

- Lớp bọc chắn có hai chức năng:
1. Để bảo vệ các dây điện và cáp
A. Dòng điện tăng khi điện chạy qua dây cáp nguồn và tạo ra một điện trường. Như

vậy, nhiễu có thể bị ngăn bên trong cáp bằng cách bọc chắn các loại cáp nguồn
hoặc dây điện.
B. Tạo nối đất bảo vệ. Khi lõi cáp bị hư hỏng, dòng điện rò sẽ chảy qua các tấm bọc
chắn xuống đất.
2. Để bảo vệ cáp. Một dây cáp nguồn sử dụng cho mục đích điều khiển máy tính chỉ

tạo ra một dòng điện tương đối thấp bên trong cáp. Như vậy, cáp nguồn sẽ không
trở thành nguồn nhiễu nhưng có nhiều khả năng bị nhiễu bởi các thiết bị điện
xung quanh.


3.3 Giải pháp bộ lọc
3.3.1 Bộ lọc

Nhiễu điện từ được truyền đi theo hai cách, bằng bức xạ và truyền dẫn.

-

Phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất của việc giảm nhiễu bức xạ là sử dụng bọc chắn và
giảm nhiễu dẫn bằng cách sử dụng một bộ lọc điện từ.
Nhiễu có thể được chia thành hai loại: tần số cao (150kHz ~ 300MHz) và

-

tần số thấp (100Hz ~ 3000Hz). Nhiễu ở tần số cao giảm dần khi khoảng cách tăng và có
bước sóng ngắn hơn, trong khi đó nhiễu ở tần số thấp ít bị giảm khi khoảng cách tăng và
có bước sóng dài hơn. Cả hai loại nhiễu này được truyền thông qua dây cáp điện và dây
chì, làm ảnh hưởng đến phía cung cấp điện.
Nhiễu có tần số cao ở phía nguồn điện có thể được hạn chế hoặc suy yếu đi

-

bằng một bộ lọc. Bộ lọc này bao gồm các cuộn dây và tụ điện. Một số bộ điều khiển
không tích hợp sẵn bộ lọc, trong trường hợp đó việc lắp đặt thêm một bộ lọc bên ngoài là
cần thiết. Các hình vẽ dưới đây là sơ đồ một bộ lọc chuẩn:
-