第7章 搭接技术及其应用.docx

第7章 搭接技术及其应用 电磁兼容 第七章 搭接技术及其应用 2021-04-06 电磁兼容 搭接形成了两导电体之间具有导电性的固定结合，实现了 屏蔽、接地、滤波等抑制电磁干扰的技术措施和设计目的， 是EMC的重要技术之一 搭接(Bonding)是指两个金属物体之间通过机械、化学 或物理方法实现结构连接，以建立一条稳定的低阻抗电气通 路的工艺过程 搭接的目的在于为电流的流淌供应一个匀称的结构面和 低阻抗通路，以避开在相互连接的金属件间形成电位差 (由于这种电位差对全部频率都可能引起电磁干扰) 电磁兼容 搭接技术在电子、电气设备和系统中有广泛的应用 一个设备的机箱——另一个设备的机箱 设备机箱——接地平面 信号回路——地回路 电源回路——地回路 屏蔽层 ——地回路 接地平面——连接大地的地网或地桩之间，都要进行搭接 搭接阻抗一般很小 ，EMC考虑 直流电阻也是打算搭接有效性的指标 电磁兼容 良好的搭接是减小电磁干扰，实现电磁兼容性所必需的 良好搭接的作用在于： ①削减设备间电位差引起的骚扰； ②削减接地电阻,从而降低接地公共阻抗骚扰和各种地回路骚扰; ③实现屏蔽、滤波、接地等技术的设计目的； ④防止雷电放电的危害，爱护设备等的平安； ⑤防止设备运行期间的静电电荷积累，避开静电放电骚扰。

此外，良好搭接可以爱护人身平安，避开电源与设备外 壳偶然短路时所形成的电击损害等 因此，搭接技术是抑制电磁干扰的重要措施之一 电磁兼容 为了说明良好搭接(Good Bonding)的重要性，下面举一个由不良搭 接(Poor Bonding)导致滤波电路失效的例子 图7-1中，干扰源(Interference Source)与敏感设备Susceptible Equipment) 之间接一Π型滤波器(Π-section Filter) 该滤波器是一个低通滤波器， 其作用是滤除设备电源线中 的高频骚扰重量 在高频状况下，旁路电容器 的电抗呈低阻抗，消失在电 源线上的干扰信号沿着通路 ①被旁路至地 因此，干扰信号不会到达敏感设备，达到了滤波目的 电磁兼容 不良搭接对抑制电磁干扰的影响：…1.电缆连接器与设备壳体的搭接能使电缆屏蔽获得最佳效果 2.电流通路上存在没有坚固连接的搭接点，或者由于振动使搭接点松动，这样 的搭接点会起到间歇式触点的作用 即使直流电流或工频沟通电流通过这样的搭接点，在此搭接点所产生的放 电火花也可能形成频率高达几百 MHz的骚扰信号 3. 信号电路接地系统中，各个构件搭接不良会使接地措施形同虚设。

不良搭接 使搭接阻抗增加，会在搭接处形成干扰电压降，破坏抱负接地等电位的要求 4.防雷电爱护网络中 5.工频沟通供电线路中，假如存在松动的搭接点，就会在某些用电负载 上产生很 高的电压降，足以损坏用电设备 电磁兼容 7 防雷电爱护网络中，雷击放电电流通过不良搭接点时， 会在搭接处产生几千伏的电压降，由此产生的电弧放电可 能造成火灾或者引起其它危害 工频沟通供电线路中，假如存在松动的搭接点，就会 在某些用电负载上产生很高的电压降，足以损坏用电设备 同时大电流通过搭接点时，使搭接点处发热致使绝缘破坏， 轻则造成线路故障，重则引起火灾 电磁兼容 8搭接方法(Bonding Methods)可分为永久性搭接和半永久性搭接两种 永久性搭接是利用铆接(Rivet)、熔焊(Welding)、钎焊(Soldering)、压 接等工艺方法，使两种金属物体保持固定连接 永久性搭接在装置的全寿命期内，应保持固定的安装位置，不要求拆 卸检查、修理或者做系统更改 永久性搭接在预定的寿命期内应具有稳定的低阻抗电气性能 永久性搭接 半永久性搭接是利用螺栓、螺钉、夹具等帮助器件使两种金属物体保 半永久性搭接 持连接的方法，它有利于装置的更改、修理和替换部件，有利于测量 工作，可以降低系统造成成本。

电磁兼容 9搭接类型分为两种基本类型：直接搭接(Direct)和间接搭接(Indirect) 直接搭接是两裸金属或导电性很好的金属特定部位的表面直接接触， 直接搭接 坚固地建立一条导电良好的电气通路 直接搭接的连接电阻的大小取决于搭接金属接触面积、接触压力、接 触表面的杂质和接触表面硬度等因素 实际工程中，有很多状况要求两种互连的金属导体在空间位置上分别 或者保持相对的运动，明显这一要求阻碍了直接搭接方式的实现 此时，就需要采纳搭接带(搭接条，Bond Strap)或者其它帮助导体将两 个金属物体连接起来，这种连接方式称为间接搭接 间接搭接 间接搭接 电磁兼容 10间接搭接的连接电阻等于搭接条两端的连接 连接电阻之和与搭接条 搭接条电阻相加 连接 搭接条 搭接条在高频时呈现很大的阻抗 全部高频时多采纳直接搭接； 设备需要移动 需要移动或者抗机械冲击 抗机械冲击时，需要用间接搭接 需要移动 抗机械冲击 熔接、焊接、锻造、铆接、栓接等方法都可以实现两金属间的裸面接触 搭接前需要对搭接体表面进行净化处理，有时还在搭接体表面镀银或金 搭接前 来掩盖一层良导电层 电磁兼容 搭接方法的分类：永久性、半永久性搭接 搭接类型：直接、间接 搭接的有效性 搭接表面的清理和防腐涂覆 搭接的加工方法 搭接的设计 搭接质量的测试 电磁兼容 12 7.2 搭接的有效性在直流状况下，我们只关怀搭接的直流电阻。

然而，随着频率的增大，集肤效应使这一电阻变大 同时，搭接处呈现的自感，搭接面之间存在的电 容都会对 搭接的有效性产生影响 因此，射频段搭接的有效性(Bonding Effec-tiveness)不完全 取决于其直流电阻 当搭接长度l远小于波长，即lλ时，搭接的高频等效电 路如图7-2所示 电磁兼容 13 图7-2 搭接的高频等效电路 电磁兼容 14 图7-2中，搭接电阻的值取决于搭接条的电阻率、半 径和集肤深度，即 2 π aδ 式中：ρ为电阻率( m);a为半径(m); RS = ρl(7-1) δ=(2ρ/ω)1/2,为集肤深度(m);l为长度(m)搭接条的电感LS是搭接条物理结构的函数，而电容CS是搭 接面的面积及搭接面间距的函数 以的dB为单位，搭接的有效性能够采纳有搭接条与无 搭接条时设备外壳上的感应电压的差来表示可能是负值 搭接条的谐振频率是搭接有效性最坏时的频率 搭接条的谐振频率是搭接有效性最坏时的频率 电磁兼容 15 通常用搭接条的直流电阻表示搭接质量 例如，某些军事规范要求直流搭接电阻小于0.1 ,以预防 冲击危害MIL-B-5087-B要求直流搭接电阻小于2.5 m 。

在有闪电、爆炸、火灾危害倾向的区域，假如电源线对地 短路，允许的电阻值取决于最大的故障电流假如直流电 阻大约为0.25~2.5m ,通常就能实现良好的射频搭接 搭接电阻的基本表达式为 RDC =大于直流电阻 ρlA(7-2) 式中,A是搭接条的横截面面积(m2)搭接条的射频电阻远 电磁兼容 16 【例】 比较频率1 MHz时直径为1.29 mm的导线的射频电阻与其直流电阻 【解】 设导线的电阻率ρ=1.724 m当频率f=1MHz时，其集肤深度δ=(2ρ/ω)1/2=6.60810-5 m代入 公式(7-1),计算得其射频电阻： ρ l RS = = 6.433 10 2 l 2 π aδ 计算知此导线的直流电阻为 ρ l RDC = = 1.317 10 2 l A ( ) ( ) 比较可见，1 MHz时直径为1.29 mm的导线的射频电阻约 为其直流电阻的5倍 电磁兼容 17很多接头的重要特性是由于它们具有携带突发的大故障电流的力量 在螺栓用于实现搭接的地方 对于100A的电流，螺栓的直径至少为0.65 cm; 对于200 A的电流，螺栓的直径至少为1.0 cm。

电动机的启动电流通常可达几百安培， 假如搭接点的电流容量很小，那么当大电流通过此搭接点时，该点将发热而 成为一个“热点”严峻时该点可达到白炽的程度，使四周金属熔化，甚至 引燃四周的易燃气体而造成故障 因此，在搭接时必需考虑搭接点的电流容量图7-3给出对应不同故障电流时， 搭接电阻的最大允许值及可能引燃易爆气体的电阻量级 电磁兼容 18 图7-3 对于设备与结构搭接，故障电流与最大允许电阻的关系 电磁兼容 19 接头自身的感抗是感性的非磁性材料圆横截面的直 搭接条(Straight Bonding Strap)的电感表示如下： 4l LS = 0.002l 2.303 lg 0.75 d ( Η ) (7-3) 式中：l为搭接条长度(cm);d为导线直径(cm) 在低频状况下，矩形横截面直搭接条(Straight Rectan -gular Bar)的电感(设搭接条的集肤深度远大于搭接条的厚 度，即δc)为2l b+c LS = 0.002l 2.303 lg + 0.5 + 0.2235 b+c l ( Η ) (7-4) 电磁兼容 20 式中：b为搭接条的宽度(cm);c为搭接条的厚度(cm);l为 搭接条的长度(cm)。

对于接头长度接近λ/4的搭接条，接头起传输线的作 用，驻波(Standing Waves)存在于接头上 为了接头的阻抗最小化，通常采纳减小设备外壳到地 的间距，或者减小搭接条的长度与宽度的比，以尽可能使 搭接条的电容与电感比值高搭接条的长度最好不要超过 其长度的5倍 在大多数状况下，搭接电感不要超过0.025H 电磁兼容 21 7.3 搭接的实施7.3.1 搭接的电化学腐蚀原理当两种不同的金属相互接触时，会消失一种质变，即腐蚀 腐蚀(Corrosion) 腐蚀 所谓腐蚀是指在电化学序列(Electrochemical Series)中，属于不同组的 两种金属(见表7-1)在溶液(起电解液作用)存在状况下相互接触，形成 了一个化学电池，使金属渐渐产生原电池腐蚀和电解腐蚀 能起电解液作用的液体 电解液作用的液体有盐水、盐雾、雨水(雨水能够携带很多杂质使 电解液作用的液体 金属表面上各种杂质潮湿)、汽油等 9Word版本。