最新的工业革命正在将越来越多的智能机器和连接系统集成到工厂，这些数量众多的设备需要和谐地在一起运行，而不能产生可能破坏其它设备运行的意外电磁干扰。鉴于这种系统及其执行的任务日益复杂，任何故障和停机其后果可能会导致昂贵的维护成本和生产损失。

现有的电磁兼容性法规要求包括美国联邦通信委员会 (FCC) 第 15 部分规则和条例，以及欧盟 EMC 指令 2014/30/EU。 FCC 将用于工业和居民住宅环境的设备分别分为 A 类和 B 类。虽然规则允许对某些类型的数字工业设备进行豁免，但 FCC强烈建议制造商应确保产品符合相应技术规范。

欧洲机械指令 2006/42/EC 要求在欧盟销售的机器设备必须带有 CE 标志，这要求需要符合适用的相关产品 EMC 法规。为确保合规，制造商需要参考标准中引用的规范，其中包括 IEC 61000-6-2 和 61000-6-4，它们分别定义了工业环境中使用的电气和电子设备电磁抗扰度和发射要求。国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 制定了国际标准 CISPR 11，该标准确定了工业、科学和医疗设备的发射限度和测量方法。欧洲规范 EN 55011 源自 CISPR 11，并在欧洲 EMC 指令中引用。

与安全相关的系统通常需要遵循更严格的标准和规范。 EN 62061 是功能安全通用标准 IEC 61508 下的机械专用标准。在该组标准中，IEC 技术规范 IEC/TS 61000-1-2 和 IEC 61326-3-1 专门确定有关功能安全的 EMC 要求。

传导和辐射干扰

干扰可以存在于各种频率范围内，其中包括交流线路频率的谐波噪声，最高可达 2.5kHz，以及低频噪声和更高频率的传导和辐射噪声。虽然低频噪声没有受到监管，但对发射和敏感性均设置了限制，包括 50/60Hz 至 2.5/3kHz 的谐波噪声，9kHz 至 30MHz 的传导射频噪声，以及30MHz 至 3GHz 的辐射噪声。

国际标准规定了这些频率范围内的最大允许噪声。图 1 说明了 EN 55011/CISPR 11 中规定的 150kHz 至 30MHz 传导噪声最高限值。

开关模式电源、开关型 DC/DC 转换器、电机和驱动器等电子模块可以集成到机床、自动化和搬运系统和机器人等工业设备，对其功能至关重要，但通常也是电磁噪声的主要来源。这些模块可能由设备制造商自己设计和制造，也可能来自外部供应商。根据欧洲法规要求，来自外部供应商的器件可能不符合 EMC 标准。通常情况下，如果它们是供设备制造商或系统集成商使用，则制造商或集成商必须负责确保系统整体的 EMC 合规性。

适用于变频驱动器 (VFD) 的一些法规可能有助于说明这一点。EMC 产品标准 IEC 61800-3 中涵盖了工业 VFD。确保 EMC 合规性的责任则取决于该设备是作为完整驱动模块 (CDM) 还是作为基本驱动模块 (BDM) 来销售。基本驱动模块通常需要大量额外的工程努力才能与成品集成。在这种情况下，使用 这些BDM 的设备制造商或系统集成商需要进行产品批准程序，包括 EMC 测试和成品设备的合规性声明。另一方面，对于缺乏实施 EMC合规专业知识的用户而言，可以合理地要求提供完整驱动模块给自己使用，因此 CDM 供应商必须对 EMC 合规性负责。

滤波器

防止设备受电磁干扰或者发出电磁干扰的常用方法是使用滤波器，用于部署在适当位置（例如电源输入和输出线路）以减低那些不需要频率的信号。这些滤波器通常包括一些无源组件，它们能够用于在调节范围内的任何特定频率上最大程度地衰减噪声信号的幅度。

如图 2(a) 所示，为一个三相电机和其中的驱动设备在某些频率范围内可能会产生过多噪声的示例。可以引入一个高通滤波器来衰减从4MHz 频率开始的噪声信号，从而将发射的噪声降低到整个频率范围内规定的最大值以下，如图 2(b) 所示。

开关模式电源通常会在与开关相关的频率上产生显著噪声，开关频率通常在 100kHz 至 400kHz 范围内，而噪声存在于开关频率的基波和谐波中，并且可以覆盖从 10kHz 到 50MHz 的宽泛频谱。开关会产生电流和电压瞬态，电压瞬态（高 dV/dt）倾向于通过电容耦合，而电流瞬态（高 di/dt）则通过磁性元件耦合。其他电源噪声源还包括由桥式整流器引起的差分模式噪声。

电力线滤波器通常用于防止噪声通过主电源线进入或离开设备。这种类型滤波器结合了 X 和 Y电容器来衰减差分和共模噪声，以及共模电感器，如图 3 所示。共模电感器包括两个线圈，但缠绕在一个磁芯上，从而导致共模电流以相反方向流动，以产生大小相等但方向相反的磁通量，从而消除共模噪声。

X 和 Y 电容器是一种特殊类型的盒式电容器，专门设计用于市电供电设备。通常，X 电容器部署在跨线（相到相或相到中性线）位置，Y 电容器从相到地连接，如图所示。因此，两个电容器之间的短路，尤其是 Y 电容器，可能导致灾难性故障，应不惜一切代价加以避免。这些电容器可减弱进入设备的噪声，并防止电源产生的电磁噪声传导回交流线路。

X 和 Y 电容器需要能够承受远高于标称电源电压的外加电压，以及由雷击等事件导致的高电压、短时瞬态等。这种可承受高压瞬态的能力使 EMI 电容器得名为：安规电容器。它们还必须能够在高温和高湿等恶劣环境条件下以及整个工作电压范围内确保稳定的安全性和滤波机制。聚丙烯薄膜电容器的特性使这些器件成为用作 X 和 Y 滤波电容器的上佳选项，它们相对较低的成本和自愈特性明显降低了短路发生的可能性，并确保器件在较长时间内保持其电容。

电容器选择

KEMET 的 F862-V054 和 R52P 金属化聚丙烯薄膜 X2 电容器以及 R41T Y 电容器能够应用于严苛环境，因此适合于工业应用。此三款产品均达到 AEC–Q200汽车行业认证要求，还符合 IEC603814-14（IIB 和 IIIB 级），完全可以确认其在严苛环境条件下可靠运行的能力。 R41T 系列可用于 Y2 和 X1“线对地”和“跨线”连接，特别适用于电容器故障可能导致电击危险的情况（参见图 4）。

要选择合适的电容器，重要的是要考虑组件随时间的性能退化，以确保在组件在预期寿命结束时仍保持足够的电容。组件运行时所处的温度、湿度和偏压 (THB) 等影响会导致组件在整个使用寿命期间出现电容损失。仅仅通过数据表信息很难计算出这些损耗，为此，KEMET 创建了预期寿命模型 (K-LEM) ，以帮助客户进行准确评估，并在 KEMET 工程中心（KEMET Engineering Center）网站上发布了市场首创的薄膜电容器寿命计算器（图 5）。

使用扼流圈抑制传导辐射

根据磁芯材料选择合适的扼流圈将有助于微调扼流圈基于频率的阻抗（或插入损耗），这可专门用于减少在不需要频率下的传导噪声，或根据适用的传导和辐射发射 EMI 规范，在某些频率下，其噪声超过设定限制值。这种扼流圈还有助于系统更能够免受外部传导干扰（主要是电流瞬态）影响（传导抗扰度），这种外部传导干扰可能会干扰并损坏内部电子模块。

通过扼流圈的电流将直接影响扼流圈的厚度，以及由于饱和效应导致的磁芯厚度。每种磁芯材料都有自己的特征阻抗，具体取决于频率和饱和特性以及电流。因此，多种多样的磁性材料对于让设计工程师选择满足其要求的具体解决方案非常重要。

KEMET能够提供共模扼流圈（1、2 和 3 相）、差模扼流圈和双模扼流圈的标准产品。双模扼流圈是具有额外磁路（或磁鼻）的共模扼流圈，可产生足够的寄生电感，从而在共模扼流圈内提供差模阻抗。因此，对于某些应用，一个双模扼流圈可以有效地替代两个不同的扼流圈。

此外，KEMET 还使用特殊的外壳和绕组技术，通过减少寄生电容来提高谐振频率点，进一步优化热性能和频率覆盖范围。

抑制辐射影响

为了抑制设备接收到或者发出的较高调节频率辐射干扰，可能还需要添加适当放置的电磁屏蔽组件，这种屏蔽组件可以是一个磁性组件，在早期设计中集成到设备。另一方面，辐射干扰问题可能出现在开发的后期，而此时重新设计可能不切实际或代价太高。在这种情况下，KEMET 的 Flex Suppressor® 系列等灵活的 EMI 吸收材料可以提供快速而直接的解决方案。这些材料包括软磁合金和聚合物粘合剂等复合材料，带有粘合剂背衬和可选的保护涂层。这些薄片在降低GHz 频率范围（UHF 和 SHF 射频范围）内的噪声时特别有效。对于 VHF 和 UHF 频率范围，由不同磁芯材料制成的 EMI 磁芯与不同数量的导线匝数相结合，可以在辐射频谱中帮助达到满意的插入损耗。

结论

在工业领域，设备制造商、系统集成商以及电源（PSU）或驱动器供应商需要了解他们在 EMC 测试和产品一致性方面需要担负的责任，许多已经确定的法规详细说明了标准和所适用的测试要求。通过在电源线等位置增加合适的滤波器，可衰减高达 30 MHz 的传导噪声，聚丙烯薄膜 X 和 Y 电容器以及磁扼流圈通常可用于这些应用。此外，还需要能够处理频率高于 30MHz 辐射噪声源的解决方案，特殊的抑制材料能够有效吸收来自不需要频率的能量，并且可以在开发过程中任何阶段使用。