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屏蔽電纜的作用是什么?
發(fā)布時(shí)間:2018-02-13 來(lái)源:麥總 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的電磁噪聲環(huán)境往往十分復(fù)雜,電磁噪聲的輻射或傳導(dǎo)(EMI)可能會(huì)嚴(yán)重干擾機(jī)電設(shè)備的正常工作。而在這個(gè)過(guò)程中,電磁噪聲傳播的一類重要載體,就是產(chǎn)線設(shè)備中使用的各種電纜。它們中有些是噪聲源,有些則是受擾對(duì)象。作為噪聲源,電纜會(huì)像無(wú)線電發(fā)射天線那樣,將噪聲傳播到周邊的線路和設(shè)備;作為受擾對(duì)象,電纜會(huì)像接收天線一樣,吸收來(lái)自其他輻射源的噪聲干擾。
有關(guān)各類不同等級(jí)的噪聲源可能影響的應(yīng)用區(qū)域,大致可以參照上圖列表。需要注意的是,大型動(dòng)力開(kāi)關(guān),感應(yīng)加熱器,大型變壓器...等都有可能發(fā)出較高水平的傳導(dǎo)噪聲和輻射干擾;而將信號(hào)電纜放置在動(dòng)力線附近也是會(huì)將噪聲耦合到信號(hào)線路上的。
要對(duì)抗電氣線路上的電磁噪聲干擾,一種非常重要的方式,就是使用帶有屏蔽的線纜。
屏蔽電纜是由公共導(dǎo)電層包裹著一根或多根(相互絕緣的)導(dǎo)線的電纜。 這個(gè)公共導(dǎo)電層即是線纜的屏蔽層,它一般由銅(或其他金屬,如鋁)的編織股線、銅帶的非編織螺旋繞線或?qū)щ娋酆衔飳訕?gòu)成。
屏蔽層內(nèi)部可以包裹信號(hào)或動(dòng)力導(dǎo)線,通過(guò)兩種方式起到防止電磁噪聲干擾的作用。
一方面,它能夠單純的作為隔離層反射噪聲能量;
另一方面,它可以吸收噪聲并將其傳導(dǎo)到大地(Ground),成為噪聲信號(hào)的返回路徑。
并且在任何一種情況下,電磁噪聲都不會(huì)直接傳遞到線路導(dǎo)體。 盡管有時(shí)噪聲能量仍然有可能穿過(guò)屏蔽層,但是通常已經(jīng)有了很大程度的衰減,很難造成干擾影響。 因此,無(wú)論線纜本身是干擾源還是受擾對(duì)象,為其使用屏蔽都將是非常有效的。
電纜屏蔽會(huì)有不同的性能等級(jí),提供不同程度的屏蔽效果。 同時(shí)決定屏蔽需求量的因素也有很多,例如:電氣應(yīng)用環(huán)境、成本(即:為什么要為更多的屏蔽支付高額成本?)、 以及線纜直徑,重量和靈活性...等問(wèn)題。
一般電纜的屏蔽會(huì)有兩種類型:金屬箔和編織網(wǎng)。
金屬箔屏蔽層通常使用一層薄薄的鋁,附著在如聚酯材料的載體上,以增加強(qiáng)度使其更堅(jiān)固。金屬箔能夠?yàn)閷?dǎo)線提供 100% 的包裹覆蓋,有著比較好的屏蔽性能。但同時(shí)因?yàn)樗鼙。褂闷饋?lái)比較困難,尤其是在將其接入連接器時(shí)。因此,通常情況下是不會(huì)將整個(gè)金屬箔屏蔽層都接地的,而是會(huì)使用排擾線來(lái)連接屏蔽層。
編織網(wǎng)屏蔽通常由裸銅線或鍍錫銅線編織而成。它為電磁噪聲提供了一個(gè)低阻抗的接地路徑,并且在使用連接器時(shí)可以通過(guò)壓接或焊接的方式對(duì)接,十分方便。
編織網(wǎng)屏蔽并不能提供 100% 的覆蓋率,因?yàn)樗麄冊(cè)趯?dǎo)線表面的覆蓋總會(huì)有些細(xì)小的縫隙。根據(jù)編織的緊密程度,編織網(wǎng)通常能夠提供 70% ~ 95%的覆蓋率。不過(guò)一般來(lái)說(shuō),對(duì)于固定敷設(shè)的電纜,70% 的屏蔽覆蓋就已經(jīng)足夠了。
事實(shí)上,盡管金屬箔有著較高的屏蔽覆蓋率,但這并不意味著它的屏蔽效果就更出色。原因在于,銅有著比鋁更強(qiáng)的導(dǎo)電性,這使得編織網(wǎng)能夠更好的傳導(dǎo)電磁噪聲。因此作為屏蔽層,編織網(wǎng)往往有著更好的屏蔽效果。當(dāng)然,不難看出,它也在一定程度上增加了電纜的尺寸和成本。
在噪聲環(huán)境比較惡劣的應(yīng)用場(chǎng)合,經(jīng)常需要使用多層屏蔽。最常見(jiàn)就是同時(shí)使用金屬箔和編織網(wǎng)。例如:我們之前在「雙絞線一文」中所說(shuō)的,有時(shí)在多芯電纜中,每一對(duì)導(dǎo)線都會(huì)有金屬箔屏蔽包裹,以防止對(duì)絞線之間的串?dāng)_,而同時(shí)整根電纜也會(huì)用金屬箔或編織網(wǎng)或二者同時(shí)屏蔽。這種結(jié)合了金屬箔和編織網(wǎng)的做法,可以讓兩種屏蔽技術(shù)相互支撐補(bǔ)償,以一種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)克服另一種的局限性,從而為電纜提供了超出任何單一技術(shù)所能提供的屏蔽性能。
在實(shí)際應(yīng)用中,屏蔽的目的是為了將感應(yīng)到的電磁噪聲傳導(dǎo)到大地(Ground),成為噪聲信號(hào)的返回路徑,這一點(diǎn)至關(guān)重要。不了解其含義可能意味著無(wú)效的屏蔽。電纜屏蔽及其端接必須能夠?yàn)殡姶旁肼曁峁┮粭l低阻抗的接地路徑。未接地的屏蔽電纜將無(wú)法有效工作,而接地路徑中的任何斷點(diǎn)或過(guò)多的節(jié)點(diǎn)都會(huì)因?yàn)樵黾咏拥刈杩苟档途€纜的屏蔽性能。
最后總結(jié)幾點(diǎn)關(guān)于線纜屏蔽的實(shí)用建議:
1. 確保電纜具有足夠的屏蔽以滿足應(yīng)用需求。在普通的電磁干擾環(huán)境中,單獨(dú)使用金屬箔應(yīng)該就能夠提供足夠的噪聲保護(hù);而在比較惡劣的噪聲環(huán)境中,就有必要考慮使用同時(shí)組合了編織網(wǎng)和金屬箔的屏蔽電纜;
2. 基于特定的應(yīng)用環(huán)境,使用合適的屏蔽電纜。例如:在使用過(guò)程中需要反復(fù)彎曲的電纜,通常會(huì)使用螺旋纏繞的屏蔽層而不光是編織網(wǎng);同時(shí),柔性電纜也往往會(huì)盡量避免僅使用金屬箔屏蔽,因?yàn)殡娎|的連續(xù)彎曲有可能會(huì)撕裂箔層;
3. 確保電纜所連接設(shè)備的有效接地。盡可能使用大地,并檢查接地點(diǎn)與設(shè)備之間的連接;電磁噪聲的消除取決于其接地路徑的低阻抗;
4. 很多設(shè)備和連接器的設(shè)計(jì)允許 360° 全方位的屏蔽連接,須確保其與電纜屏蔽層之間可靠接合。例如:許多常見(jiàn)的連接器會(huì)配有金屬涂層塑料、鑄鋅或鋁制外殼;應(yīng)盡量選擇與線纜屏蔽性能相匹配的連接器,避免因低標(biāo)準(zhǔn)而影響屏蔽效果或過(guò)高的規(guī)格要求而帶來(lái)的成本增加。
本文轉(zhuǎn)載自智造商。
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