電力電子裝置電磁兼容設計s

1、第7章 電力電子裝置電磁兼容設計武漢大學電氣工程學院本章主要內容7.1 電磁干擾概述7.2 電磁干擾的傳導及其抑制7.3 電力電子裝置中的EMC7.1 電磁干擾概述1 電磁干擾隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的電子、電氣設備進入了我們生活和生產的各個領域，這些設備在正常運行的同時也向外輻射電磁能量，可能對其他設備產生不良的影響，甚至造成嚴重的危害，這就是電磁干擾。定義：任何可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降低的電磁現象。（國標GB/T4365-1995）7.1 電磁干擾概述2 電磁輻射危害電磁能的廣泛應用一方面推動了社會的進步，豐富了人類的物質文化生活,同時也使空間各種頻率的電磁輻射越來越強，對人類造

2、成了危害：干擾廣播、電視、通信信號的接收；干擾電子儀器、設備的正常工作，可能造成信息失誤、 控制失靈等事故；可能引燃一些易燃易爆物質，引起爆炸和火災；較強的電磁輻射對人體的健康有很大的影響。7.2 電磁干擾的傳導及其抑制1 分類1、按傳播途徑分類傳導干擾：通過電路耦合的干擾。（例如導線傳輸、電容耦合、電感耦合。）輻射干擾：通過空間傳輸的干擾。2、按干擾的來源分類：、自然干擾 雷電：干擾信號的頻率：10100kHz。宇宙干擾：來自太陽和其他星系的電磁噪聲, 干擾信號的頻率幾十M幾十GHz。例如太陽黑子活動造成的無線電干擾，可造成通信中斷。 、人為干擾7.2 電磁干擾的傳導及其抑制1 分類3、按信

3、號的功能分類功能性干擾：設備正常工作時產生的信號對其它設備的干擾。非功能性干擾：無用的電磁泄漏產生的干擾。4、按場的性質分類：電場干擾，磁場干擾 5、按干擾的特性分類 頻 率：射頻干擾（低頻、高頻、微波） 工頻干擾（50Hz） 靜態(tài)場干擾（靜電場、恒定磁場）。 波 形：連續(xù)波干擾、脈沖波干擾。 帶 寬：寬帶干擾、窄帶干擾。 周期性：有規(guī)則干擾：周期性干擾信號 非周期性干擾信號 隨機干擾7.2 電磁干擾的傳導及其抑制2 電磁干擾三要素電磁干擾源對此類干擾敏感的儀器設備（被干擾體）干擾信號耦合的通道（傳播途徑：傳導、輻射）。7.2 電磁干擾的傳導及其抑制3 系統(tǒng)內部和系統(tǒng)間干擾系統(tǒng)內部的干擾：系統(tǒng)

4、內一部分電路對另一部分電路的干擾。 例1 汽車內發(fā)動機點火系統(tǒng)對車內通信系統(tǒng)的干擾 例2 電路板上振蕩電路對其它單元電路的干擾系統(tǒng)之間的干擾：一個系統(tǒng)對另一個系統(tǒng)的干擾。 例1 計算機對收音機的干擾 例2 高壓輸電線路對通信線路的干擾4 電磁干擾的傳播7.2 電磁干擾的傳導及其抑制干擾信號，由干擾源發(fā)生，經過一定的傳播途徑到達接收機，造成干擾。4 電磁干擾的傳播7.2 電磁干擾的傳導及其抑制2、電磁干擾耦合模型（右圖） C：電容耦合， L：電感耦合， Z：共阻抗耦合， NC：近場耦合， FR：遠場輻射。5 電磁敏感性7.2 電磁干擾的傳導及其抑制定義電磁敏感性：電子設備或系統(tǒng)對電磁干擾的響應特

5、性， 電磁敏感性越高，抗干擾能力越低。 傳導敏感性：對傳導干擾， 輻射敏感性：對輻射干擾。電磁抗擾性：設備或系統(tǒng)抵制電磁干擾的能力。敏感頻率和抗擾度允許值、敏感頻率：在該頻率上，設備對電磁干擾的響應比 較敏感。5 電磁敏感性7.2 電磁干擾的傳導及其抑制、抗擾度允許值：導致設備或系統(tǒng)性能下降的干擾信號的幅值（可以是電壓、電流、電場強度、磁場強度、功率密度）。例如：在國標GBT1383892中聲音和電視廣播接收機的音頻功能輻射抗擾度允許值：0.15150MHz，125dB(Vm)。電視廣播接收機的接收功能輻射抗擾度允許值：48.592MHz，109dB(Vm)，92150MHz，125dB(Vm

6、)。 5 電磁敏感性7.2 電磁干擾的傳導及其抑制電磁干擾安全系數定義：例如：對于干擾電壓， 對于干擾場強， 對于干擾功率密度，6 電磁兼容7.2 電磁干擾的傳導及其抑制電磁兼容的定義:采用一定的技術手段，使同一電磁環(huán)境中的各種電子、電氣設備都能正常工作，并且不干擾其他設備的正常工作，這就是電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，縮寫為EMC)。在國家標準GB/T4365-1995中對電磁兼容嚴格的定義是：設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。、設備對來自外部環(huán)境的電磁干擾必須具有一定的承受能力（抗擾度）。、設備在正

7、常工作時產生的電磁干擾不超過一定的限值，不干擾其它設備的正常工作。 6 電磁兼容認證7.2 電磁干擾的傳導及其抑制產品的EMC認證是依據產品的電磁兼容標準和相應的技術要求，經過認證機構測試確認，并通過頒發(fā)認證證書和認證標志來證明某一產品符合相應標準和相應技術的要求。在我國EMC認證已納入3C認證范圍(中國強制認證，英文名稱為“China Compulsory Certification”，英文縮寫為“CCC”，也可簡稱為“3C”)，國家對有強制性電磁兼容國家標準或強制性電磁兼容行業(yè)標準以及標準中有電磁兼容強制條款的產品實行安全認證制度，對這些實施電磁兼容安全認證的產品在進入流通領域實施強制性監(jiān)

8、督管理（沒有進行電磁兼容安全認證就不能進入流通領域)。6 電磁兼容測量內容7.2 電磁干擾的傳導及其抑制干擾信號的頻率或頻譜 窄帶干擾：測量頻率 寬帶干擾：測量頻譜或頻譜密度（脈沖干擾）干擾信號的幅度 傳導干擾：干擾電壓U，干擾電流I 輻射干擾：電場強度E，磁場強度H ，輻射功率密度S，干擾信號的功率P。7 電磁干擾抑制技術7.2 電磁干擾的傳導及其抑制屏蔽技術按照欲屏蔽的電磁場的性質，屏蔽技術可以分為三大類。(1)電場屏蔽。對于靜電場及低頻交變電場，利用金屬屏蔽體可以對電場起到屏蔽作用，但是屏蔽體必須良好接地。7 電磁干擾抑制技術7.2 電磁干擾的傳導及其抑制(2)磁場屏蔽。采用高導磁材料對

9、直流和低頻磁場進行屏蔽。由于高導磁材料具有很低的磁阻，它可以將磁力線封閉在磁屏蔽體內。采用反向磁場抵消的方法實現磁屏蔽。對于高頻磁場，選用良導體材料，如銅、鋁等。隨著磁場頻率的增高，導體中渦流產生的反磁場也增加，當反磁場足以完全排斥噪聲磁場時，渦流不在增加。此外，由于趨膚效應，渦流只在表面流動，因此只需要很薄的一層金屬材料就行。7 電磁干擾抑制技術7.2 電磁干擾的傳導及其抑制(3)電磁場屏蔽。對電磁場而言，電場和磁場總是同時存在，同時采用電場屏蔽和磁場屏蔽的措施。接地“地”可以定義為一個等位點或一個等位面。為電路或系統(tǒng)提供一個參考電位，其電位的數值可以和大地相等也可以不等。一個良好的接地系統(tǒng)

10、必須達到以下幾個目的。7 電磁干擾抑制技術7.2 電磁干擾的傳導及其抑制(1)保證基地系統(tǒng)具有很低的公共阻抗，使系統(tǒng)中各路電流通過改公共阻抗產生的傳導噪聲電壓最小。(2)在高頻電流下，保證“信號地”對“大地”具有較低的共模電壓，減少輻射噪聲到最小。(3)保證地線信號線構成的電流回路具有最小的面積，避免地線構成回路，使外界磁場通過這個回路產生干擾。(4)保證人身和設備的安全。7 電磁干擾抑制技術7.2 電磁干擾的傳導及其抑制濾波良好的屏蔽和接地設計對于輻射的電場和磁場干擾具有很好的效果，但是對于傳導性干擾卻沒有多大效果。因此必須采用濾波技術。在EMC中所討論的濾波和信號處理及通信中的濾波原理上是

11、一致的，但是它們相比具有以下不同之處。(1)EMC中的濾波器中的L、C元件，通常需要處理和承受相當大的無功電流和電壓，及它們必須具有足夠大的無功功率容量。(2)在EMC的濾波器中難以達到阻抗的完全匹配，因此濾波器經常在失配狀態(tài)下工作。(3) EMC的濾波器對L、C的寄生參數要求嚴格。1 概述7.3 電力電子裝置中的EMC現代電子技術正朝高頻、高速、高靈敏度、高可靠性、小型化的方向發(fā)展，使得這些設備產生和接受電磁干擾的機率大大增加。電力電子裝置的容量越來越大，電網及其周圍的電磁環(huán)境遭受的污染也越來越嚴重，所以EMI已成為許多電子設備與系統(tǒng)能否在應用現場正常可靠運行的主要限制因素。2 開關噪聲(二

12、極管)7.3 電力電子裝置中的EMC開通時二極管兩端電壓有一個正向上沖尖峰，這將會導致一個寬帶的電磁噪聲。關斷時二極管兩端電壓有一個反向下沖尖峰，這個尖峰產生的電磁噪聲比開通時要強；另外，反向恢復電流的變化率和幅值都很大，在引線的雜散電感和相連接的電路中產生很高的感應電壓，造成很強的寬頻的瞬態(tài)電磁噪聲。3 整流電路EMI7.3 電力電子裝置中的EMC由于整流電路與電網相連，因此它產生的諧波和電磁干擾會通過電力線以傳導的形式注入電網，并通過電網傳導到其它用電設備，從而干擾其它設備的工作。這里，整流電路的干擾主要體現在兩方面：一個由于電流畸變，通過系統(tǒng)主抗產生壓降使得用戶端的電壓產生畸變；另一個整流電路中的半導體器件開關時產生的電磁干擾。如上所述的二極管