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1、电子工程中的电磁兼容 ElectroMagnetic Compatibility,2011年9月,2,一、传导干扰定义,第二章 传导干扰,传导干扰是指沿着导体传播的，所以任何导体、如导线、传输线、电感器、电容器都是传导干扰的传输通道。,形成干扰有不带任何信息的噪声及带信息的无用信号。,电源开关的瞬间产生的火花对一个敏感电路就可能产生干扰。,一个带信息的信号在一个通道中是有用的信号，如果它进入别的通道中去，就是带信息的无用信号，将对别的通道形成干扰。,3,二、传导干扰源,第二章 传导干扰,按带不带信息分类,信息传导干扰源,电磁噪声传导干扰源,带有信息的无用信号对接收器产生干扰。,不带任何信息的电
2、磁噪声对接收器产生的干扰。,4,二、传导干扰源,第二章 传导干扰,5,二、传导干扰源,第二章 传导干扰,6,三、传导电磁干扰传输通道,第二章 传导干扰, 传导电磁干扰的途径称之为传导电磁干扰传输通道。, 传导电磁干扰传输是指设备或电路与其他设备或电路之间的电联系，这种传输能把一个设备或电路中的电流和电压，通过传输途径在另一个设备或电路里产生相应的电流或电压。,7,三、传导电磁干扰传输通道,第二章 传导干扰,1、电容耦合,如右图所示，设V1为传导电磁干扰源电压，Zi为接收器输入阻抗，V2为接收器输入端相应产生的电压，C为耦合电容，即为干扰源和接收器之间的电容耦合通道。,若设干扰源的频率为 ，则有
3、,8,三、传导电磁干扰传输通道,第二章 传导干扰,1、电容耦合,由上式可得出以下结论：,1）当1/jwC一定时，V2和Zi成正比；,2）当Zi一定时，V2和1/jwC成反比，即w大时，则V2就大，C大时，则V2也大。,9,三、传导电磁干扰传输通道,第二章 传导干扰,1、电容耦合,由上述的两点结论可以得到减小电容耦合干扰电压的有效方法：,1）减小传导干扰源的频率 ，当频率很低时，传导干扰电容耦合可以忽略；,2）减小耦合电容C的电容值，当耦合电容C的电容值很小时，传导干扰电容耦合可以忽略；,3）减小接收器输入阻抗Zi的值，当接收器输入阻抗很小时，传导干扰电容耦合可以忽略。,10,三、传导电磁干扰传
4、输通道,第二章 传导干扰,2、电阻耦合,如右图所示，设i1为电磁干扰源，Z为电磁干扰源和接收器之间的电阻耦合通道。Zi为接收器输入阻抗。V2是干扰源在耦合阻抗Z上的电压降，这个电压降在接收器中产生干扰电压。显然，公共阻抗Z成了接收器中输入阻抗的一部分。,11,三、传导电磁干扰传输通道,第二章 传导干扰,2、电阻耦合,常用的电阻耦合有以下几种：,如图所示，在公共地线上有各种信号的电流，并由地线阻抗Z产生电压。当这部分电压构成低电平信号放大器输入电路的一部分时，公共地线上的耦合电压就被放大并成为干扰输出。,12,三、传导电磁干扰传输通道,第二章 传导干扰,2、电阻耦合,常用的电阻耦合有以下几种：,
5、如图所示，在公共电源内阻产生的耦合干扰电路。输出电流经电源而由电源内阻Z0变换为电压，这个电压耦合到接收器里称为干扰电压。,13,三、传导电磁干扰传输通道,第二章 传导干扰,2、电阻耦合,常用的电阻耦合有以下几种：,图示为公共线路阻抗产生的耦合干扰。电路2的电源电流的任何变化都会影响电路1的电源电压，这是由公共线路阻抗造成的。,14,三、传导电磁干扰传输通道,第二章 传导干扰,3、电感耦合,电感耦合的形成是由于干扰源的时变电流产生的时变磁场，时变的磁场产生时变的磁通，这时变化的磁通在接收器的输入阻抗两端感应电压，这个感应电压就是干扰电压,显然，电压V与频率、互感M以及干扰源的电流i成正比。,电
6、感耦合的主要形式有线圈和变压器耦合、平行双线间的耦合等。铁心损耗常常使得变压器的作用类似于抑制高频干扰的低通滤波器。因此，比较重要的电感耦合常常是导线到导线之间的这种形式。电感耦合的等效电路如图所示。,15,四、传导电磁干扰频谱,第二章 传导干扰,传导干扰源与传导电磁干扰频率列表,16,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,1、开关电源,17,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,1、开关电源,18,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,1、开关电源,19,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,2、PLC,某岗位用了某公司的PLC模块采集信号，在同一通讯线上放了5个模块
7、，使用过程中模块通讯会中断，重上电后会正常，但很快通讯又中断。分析如下：1）从现场看，模块24VDC供电从电源模块接出，性能稳定，排除电源引起干扰的情况。2）PLC数采模块大部分接Pt100, K型、I型热电偶信号，观察控制柜内进线排，电缆统一采用了屏蔽双绞线，且屏蔽端编辫接到接地排上，由现场接地网统一接地。现场干扰应能屏蔽。为确保起见，将模块接线端子拔除，观察模块通讯状况未变，排除干扰由信号端引起的可能。3）将控制柜内线槽盖板打开，发现模块间通讯线采用二根单线，无接地，线槽布线较乱，有可能产生干扰 从以上分析后发现问题可能出在模块间通讯线上，解决办法是将通讯线换成屏蔽双绞线，屏蔽端接地，经实
8、际更换后，通讯正常。,案例一：,20,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,2、PLC,华鲁恒升化工股份有限公司一水处理岗位采用西门子公司的S7-300系统的模拟量模块采集变频器信号，正常连接后不能正常显示。经检测发现信号端对地有很高的交流电压，所以判断信号线路受干扰，产生10V以上的杂波而干扰模拟量模块工作。处理如下：1）信号电缆采用质量可靠的屏蔽电缆，且在PLC侧单端接地。2）电流变送器侧增加隔离式安全栅。 经以上处理后，PLC工作正常，数值显示稳定可靠。,案例二：,21,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,2、PLC,PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广
9、，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，例如：开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。,主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。,1）来自电源的干扰,22,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,2、PLC,与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变
10、送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。,2）来自信号线引入的干扰,23,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,2、PLC,接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设
11、备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。,3）来自接地系统混乱时的干扰,24,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,3、变频器,变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为23kHz，而IGBT大
12、功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。,25,五、传导电磁干扰案例分析,第二章 传导干扰,3、变频器,2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。,1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。,解决措施：,26,六、抑制传导干扰的有效方法,第二章 传导干扰,1、传导干扰源的处理
13、,27,六、抑制传导干扰的有效方法,第二章 传导干扰,1、传导干扰源的处理,28,（1）为缩短电磁干扰传输通道的长度，要使电路中的导线尽量短。,六、抑制传导干扰的有效方法,第二章 传导干扰,2、传导通道的处理,（2）把带有电磁干扰的导线和元件与连接接收器的布线隔离开来。,（3）把带有电磁干扰的元件的回线与接收器的回线隔离开来。,（4）用粗的隔离线和隔离套来减少级间的电容耦合。,（5）各级电路的连接导线应尽可能缩短，对高频电路的布置尤应注意这个问题。,29,（6）对高频电路，应尽量避免平行排列导线，特别不能像低频电路那样将各种导线扎成一束。,六、抑制传导干扰的有效方法,第二章 传导干扰,2、传导
14、通道的处理,（7）减小引线电感，以使感应电压减到最小。,当频率升到高频时，线绕电路会呈现串联电感，甚至合成电阻也会出现引线电感，这些电感再加上杂散电容则可能形成并联谐振回路。,电阻器,电容器,电感器,线路元件的高频特性,30,（8）产生电磁干扰的元件应尽量靠近与它们相关联的负载，以使耦合路径最短。,六、抑制传导干扰的有效方法,第二章 传导干扰,2、传导通道的处理,（9）由同一电源总线馈电的几个设备之间，必须用旁路电容去耦。在干扰极严重的情况下，可以用齐纳二极管或分别供电的方法来隔离设备间的耦合。有时需要对潜在的干扰源和敏感器件专门去耦。,（10）滤波器对于防止干扰以及把信道中的能量输送到指定的设备上是很重要的。,例如，电源线滤波器应该安装在靠近直流电动机处，把型滤波器接到电动机上能使射频电流和电动机的地短接。,31,（1）尽量少用低电平器件，只使用完成任务所需的灵敏度。,六、抑制传导干扰的有效方法,第二章 传导干扰,3、接收器的处理,（2）移去那些在系统工作时不需要的接收器的电源。,（3）对电磁场感应敏感的接收器如果可能的话加屏蔽。,
