电子工程中的电磁兼容ElectroMagneticCompatibility2011年9月一、传导干扰定义一、传导干扰定义第二章第二章 传导干扰传导干扰传导干扰传导干扰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。p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。p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。2二、传导干扰源二、传导干扰源第二章第二章 传导干扰传导干扰按带不带信息分类按带不带信息分类按带不带信息分类按带不带信息分类信息传导干扰源信息传导干扰源信息传导干扰源信息传导干扰源电磁噪声传导干扰源电磁噪声传导干扰源电磁噪声传导干扰源电磁噪声传导干扰源带有信息的无用信号对带有信息的无用信号对带有信息的无用信号对带有信息的无用信号对接收器产生干扰。接收器产生干扰。接收器产生干扰。接收器产生干扰。不带任何信息的电磁噪声不带任何信息的电磁噪声不带任何信息的电磁噪声不带任何信息的电磁噪声对接收器产生的干扰。对接收器产生的干扰。对接收器产生的干扰。对接收器产生的干扰。3二、传导干扰源二、传导干扰源第二章第二章 传导干扰传导干扰信息传导干扰源信息传导干扰源产生干扰的原因产生干扰的原因雷达发射机雷达发射机地线回路地线回路发射能量泄漏到接收机发射能量泄漏到接收机回路电流产生的级间耦合回路电流产生的级间耦合周期性信号发生器周期性信号发生器多谐振荡器多谐振荡器锯齿波发生器锯齿波发生器脉冲发生器脉冲发生器计算机时钟计算机时钟固定快速继电器固定快速继电器固定频率连续产生干扰及由于脉冲波形的固定频率连续产生干扰及由于脉冲波形的电流、电压上升前沿陡峭，含有丰富的高电流、电压上升前沿陡峭，含有丰富的高次谐波引起感应。次谐波引起感应。电源频率交流声电源频率交流声脉冲发生器重复频率交流声脉冲发生器重复频率交流声时钟序列重复交流声时钟序列重复交流声时钟重复频率交流声时钟重复频率交流声扫描电路频率交流声扫描电路频率交流声交流声进入系统后，开始时电压很低还不交流声进入系统后，开始时电压很低还不能形成干扰，而经过系统后被逐级放大而能形成干扰，而经过系统后被逐级放大而形成干扰。形成干扰。4二、传导干扰源二、传导干扰源第二章第二章 传导干扰传导干扰电磁噪声传导干扰源电磁噪声传导干扰源产生干扰的原因产生干扰的原因旋转电机旋转电机电源接线端上会产生传导干扰电压。电源接线端上会产生传导干扰电压。换向器（整流器）换向器（整流器）电流的突然改变。电流的突然改变。荧光灯荧光灯气体放电灯气体放电灯电击穿瞬间会产生射频噪声。电击穿瞬间会产生射频噪声。数字设备（数据处理机、计算机、数字数字设备（数据处理机、计算机、数字式仪表等）式仪表等）因为这些设备中有：电动机、整流器、因为这些设备中有：电动机、整流器、继电器、啮合电磁铁、步进开关、荧光继电器、啮合电磁铁、步进开关、荧光灯、高压汞灯灯产生干扰引入电源线。灯、高压汞灯灯产生干扰引入电源线。直流电源输出端直流电源输出端输出端有交流噪声干扰输出端有交流噪声干扰机动车干扰机动车干扰因为车上使用交流发电机、电磁线圈及因为车上使用交流发电机、电磁线圈及点火系统，这些设备产生传导干扰。点火系统，这些设备产生传导干扰。静态功率设备静态功率设备脉冲式电流产生传导干扰。脉冲式电流产生传导干扰。5三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰传导电磁干扰的途径传导电磁干扰的途径传导电磁干扰的途径传导电磁干扰的途径称之为传导电磁干扰传输通道。传导电磁干扰传输传导电磁干扰传输传导电磁干扰传输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。传导电磁传输通道传导电磁传输通道电容传导耦合电容传导耦合（电场耦合）（电场耦合） 这种耦合指的是干扰源和接收器之间通过导线以及部件的电容这种耦合指的是干扰源和接收器之间通过导线以及部件的电容互相交链而构成的电磁传导耦合。互相交链而构成的电磁传导耦合。电阻传导耦合电阻传导耦合（公共阻抗耦合）（公共阻抗耦合） 这种耦合指的是干扰源和接收器之间通过公共阻抗上的电流这种耦合指的是干扰源和接收器之间通过公共阻抗上的电流或电压交链而构成的电磁传导耦合。或电压交链而构成的电磁传导耦合。电感传导耦合电感传导耦合（互感耦合）（互感耦合） 这种耦合实际上是磁场耦合。干扰源和接收器之间通过干扰这种耦合实际上是磁场耦合。干扰源和接收器之间通过干扰源电流产生磁场相互交链而构成的电磁传导耦合。源电流产生磁场相互交链而构成的电磁传导耦合。6三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰1 1、电容耦合、电容耦合、电容耦合、电容耦合V1V2CZi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7三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰1 1、电容耦合、电容耦合、电容耦合、电容耦合V1V2CZi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。8三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰1 1、电容耦合、电容耦合、电容耦合、电容耦合V1V2CZi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。9三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰2 2、电阻耦合、电阻耦合、电阻耦合、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。i1V2ZZi10三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰2 2、电阻耦合、电阻耦合、电阻耦合、电阻耦合常用的电阻耦合有以下几种：（1）公共地线阻抗产生的耦合干扰。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。干扰源干扰源干扰源干扰源接收器接收器接收器接收器Z11三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰2 2、电阻耦合、电阻耦合、电阻耦合、电阻耦合常用的电阻耦合有以下几种：（2）公共电源内阻产生的耦合干扰。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。Z0干扰源干扰源干扰源干扰源接收器接收器接收器接收器电源12三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰2 2、电阻耦合、电阻耦合、电阻耦合、电阻耦合常用的电阻耦合有以下几种：（3）公共线路阻抗形成的耦合干扰。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。电源电路电路电路电路2 2电路电路电路电路1 1i1+i2i2i1公共线路阻抗13三、传导电磁干扰传输通道三、传导电磁干扰传输通道第二章第二章 传导干扰传导干扰3 3、电感耦合、电感耦合、电感耦合、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RZL1L2iMv显然，电压V与频率、互感M以及干扰源的电流i成正比。电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。14四、传导电磁干扰频谱四、传导电磁干扰频谱第二章第二章 传导干扰传导干扰传导干扰源与传导电磁干扰频率列表传导干扰源与传导电磁干扰频率列表传导干扰源传导干扰源频谱频谱传导干扰源传导干扰源频谱频谱真空吸尘器断路器凸轮触点转换开关电源开关电路指令程序装置电源线指令程序装置信号线荧光灯高压汞灯0.11.0MHz1020MHz0.125MHz0.525MHz125MHz0.125MHz0.13MHz0.11.0MHz计算机逻辑组件镇定接触器线圈脉冲镇定接触器通断周期多路通信设备功率控制器功率转换控制器恒定噪声功率转换控制器瞬态功率转换器控制器磁铁电枢50kHz20MHz125MHz50kHz25MHz110MHz215kHz1025MHz50kHz25MHz24MHz15五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰1、开关电源16五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰1、开关电源17五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰1、开关电源18五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰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，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，经实际更换后，通讯正常。案例一：案例一：19五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰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：案例二：20五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰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，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，通常称为传导干扰传导干扰传导干扰传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。1 1）来自电源的干扰）来自电源的干扰21五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰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：一是通过变送器供电电一是通过变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。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 2）来自信号线引入的干扰）来自信号线引入的干扰22五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰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 3）来自接地系统混乱时的干扰）来自接地系统混乱时的干扰23五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰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。 24五、传导电磁干扰案例分析五、传导电磁干扰案例分析第二章第二章 传导干扰传导干扰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：解决措施：25六、抑制传导干扰的有效方法六、抑制传导干扰的有效方法第二章第二章 传导干扰传导干扰1 1 1 1、传导干扰源的处理、传导干扰源的处理、传导干扰源的处理、传导干扰源的处理（1）如果传导干扰源是产生强电磁场元件，如线圈、变压器等，在布置时应）如果传导干扰源是产生强电磁场元件，如线圈、变压器等，在布置时应远离接收器加以屏蔽。远离接收器加以屏蔽。（2）如果传导干扰源是频率相同的电路，如接收机的高频放大、输入及振）如果传导干扰源是频率相同的电路，如接收机的高频放大、输入及振荡电路，它们之间的交链容易引起自激振荡，因此布置应相隔远些。荡电路，它们之间的交链容易引起自激振荡，因此布置应相隔远些。（3）移去对系统工作无用的、有潜在的干扰设备的电源。）移去对系统工作无用的、有潜在的干扰设备的电源。（4）应尽可能使设备工作在设计曲线线性最好的部分，以便输出所含谐波分）应尽可能使设备工作在设计曲线线性最好的部分，以便输出所含谐波分量最小。量最小。26（5）如果干扰源的工作波形是脉冲形状，因为当脉冲上升沿较慢且持续时）如果干扰源的工作波形是脉冲形状，因为当脉冲上升沿较慢且持续时间较长时，产生的电磁干扰最小，随着脉冲宽度的减小且上升时间缩短，脉间较长时，产生的电磁干扰最小，随着脉冲宽度的减小且上升时间缩短，脉冲中的高频成分的幅度将增加。所以一个控制装置或其他脉冲的上升时间只冲中的高频成分的幅度将增加。所以一个控制装置或其他脉冲的上升时间只需快到能在指定的时间内保证可靠工作即可。需快到能在指定的时间内保证可靠工作即可。不要使振荡器和开关器件的工作速度高于性能所需要的速度。不要使振荡器和开关器件的工作速度高于性能所需要的速度。六、抑制传导干扰的有效方法六、抑制传导干扰的有效方法第二章第二章 传导干扰传导干扰（6）电弧放电：当两个物体之间的电位差大到足以使它们之间的绝缘击穿）电弧放电：当两个物体之间的电位差大到足以使它们之间的绝缘击穿时就会产生电弧。因此要尽量避免出现电弧放电。时就会产生电弧。因此要尽量避免出现电弧放电。1 1 1 1、传导干扰源的处理、传导干扰源的处理、传导干扰源的处理、传导干扰源的处理27（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。）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六、抑制传导干扰的有效方法第二章第二章 传导干扰传导干扰2 2 2 2、传导通道的处理、传导通道的处理、传导通道的处理、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。）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。）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。）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）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。问题。28（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）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。各种导线扎成一束。六、抑制传导干扰的有效方法六、抑制传导干扰的有效方法第二章第二章 传导干扰传导干扰2 2 2 2、传导通道的处理、传导通道的处理、传导通道的处理、传导通道的处理（7）减小引线电感，以使感应电压减到最小。）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。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。RLCRLCRLC电阻器电容器电感器线路元件的高频特性线路元件的高频特性线路元件的高频特性线路元件的高频特性29（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）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。最短。六、抑制传导干扰的有效方法六、抑制传导干扰的有效方法第二章第二章 传导干扰传导干扰2 2 2 2、传导通道的处理、传导通道的处理、传导通道的处理、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）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。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。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）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。要的。例如，电源线滤波器应该安装在靠近直流电动机处，把例如，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型滤波器接到电动机上能使射频电流和电动机的地短接。机上能使射频电流和电动机的地短接。30（1 1）尽量少用低电平器件，只使用完成任务所需的灵敏度。）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六、抑制传导干扰的有效方法第二章第二章 传导干扰传导干扰3 3 3 3、接收器的处理、接收器的处理、接收器的处理、接收器的处理（2 2）移去那些在系统工作时不需要的接收器的电源。）移去那些在系统工作时不需要的接收器的电源。（3 3）对电磁场感应敏感的接收器如果可能的话加屏蔽。）对电磁场感应敏感的接收器如果可能的话加屏蔽。31