電力電子裝置電磁兼容設(shè)計(jì)s

1、第7章 電力電子裝置電磁兼容設(shè)計(jì)武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院本章主要內(nèi)容7.1 電磁干擾概述7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電子、電氣設(shè)備進(jìn)入了我們生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，這些設(shè)備在正常運(yùn)行的同時也向外輻射電磁能量，可能對其他設(shè)備產(chǎn)生不良的影響，甚至造成嚴(yán)重的危害，這就是電磁干擾。定義：任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低的電磁現(xiàn)象。（國標(biāo)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(yīng)用一方面推動了社會的進(jìn)步，豐富了人類的物質(zhì)文化生活,同時也使空間各種頻率的電磁輻射越來越強(qiáng)，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(shè)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(zhì)，引起爆炸和火災(zāi)；較強(qiáng)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(dǎo)及其抑制1 分類1、按傳播途徑分類傳導(dǎo)干擾：通過電路耦合的干擾。（例如導(dǎo)線傳輸、電容耦合、電感耦合。）輻射干擾：通過空間傳輸?shù)母蓴_。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(dǎo)及其抑制1 分類3、按信

3、號的功能分類功能性干擾：設(shè)備正常工作時產(chǎn)生的信號對其它設(shè)備的干擾。非功能性干擾：無用的電磁泄漏產(chǎn)生的干擾。4、按場的性質(zhì)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(jī)干擾7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)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(shè)備（被干擾體）干擾信號耦合的通道（傳播途徑：傳導(dǎo)、輻射）。7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)及其抑制3 系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)間干擾系統(tǒng)內(nèi)部的干擾：系統(tǒng)

4、內(nèi)一部分電路對另一部分電路的干擾。 例1 汽車內(nèi)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)對車內(nèi)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(jì)算機(jī)對收音機(jī)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(dǎo)及其抑制干擾信號，由干擾源發(fā)生，經(jīng)過一定的傳播途徑到達(dá)接收機(jī)，造成干擾。4 電磁干擾的傳播7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)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(yuǎn)場輻射。5 電磁敏感性7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)及其抑制定義電磁敏感性：電子設(shè)備或系統(tǒng)對電磁干擾的響應(yīng)特

5、性， 電磁敏感性越高，抗干擾能力越低。 傳導(dǎo)敏感性：對傳導(dǎo)干擾， 輻射敏感性：對輻射干擾。電磁抗擾性：設(shè)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(shè)備對電磁干擾的響應(yīng)比 較敏感。5 電磁敏感性7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)及其抑制、抗擾度允許值：導(dǎo)致設(shè)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(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、功率密度）。例如：在國標(biāo)GBT1383892中聲音和電視廣播接收機(jī)的音頻功能輻射抗擾度允許值：0.15150MHz，125dB(Vm)。電視廣播接收機(jī)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(dǎo)及其抑制電磁干擾安全系數(shù)定義：例如：對于干擾電壓， 對于干擾場強(qiáng)， 對于干擾功率密度，6 電磁兼容7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)及其抑制電磁兼容的定義:采用一定的技術(shù)手段，使同一電磁環(huán)境中的各種電子、電氣設(shè)備都能正常工作，并且不干擾其他設(shè)備的正常工作，這就是電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，縮寫為EMC)。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365-1995中對電磁兼容嚴(yán)格的定義是：設(shè)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(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。、設(shè)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(shè)備在正

7、常工作時產(chǎn)生的電磁干擾不超過一定的限值，不干擾其它設(shè)備的正常工作。 6 電磁兼容認(rèn)證7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)及其抑制產(chǎn)品的EMC認(rèn)證是依據(jù)產(chǎn)品的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的技術(shù)要求，經(jīng)過認(rèn)證機(jī)構(gòu)測試確認(rèn)，并通過頒發(fā)認(rèn)證證書和認(rèn)證標(biāo)志來證明某一產(chǎn)品符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)技術(shù)的要求。在我國EMC認(rèn)證已納入3C認(rèn)證范圍(中國強(qiáng)制認(rèn)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(qiáng)制性電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)或強(qiáng)制性電磁兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)中有電磁兼容強(qiáng)制條款的產(chǎn)品實(shí)行安全認(rèn)證制度，對這些實(shí)施電磁兼容安全認(rèn)證的產(chǎn)品在進(jìn)入流通領(lǐng)域?qū)嵤?qiáng)制性監(jiān)

8、督管理（沒有進(jìn)行電磁兼容安全認(rèn)證就不能進(jìn)入流通領(lǐng)域)。6 電磁兼容測量內(nèi)容7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)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(dǎo)干擾：干擾電壓U，干擾電流I 輻射干擾：電場強(qiáng)度E，磁場強(qiáng)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(shù)7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)及其抑制屏蔽技術(shù)按照欲屏蔽的電磁場的性質(zhì)，屏蔽技術(shù)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(shù)7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)及其抑制(2)磁場屏蔽。采用高導(dǎo)磁材料對

9、直流和低頻磁場進(jìn)行屏蔽。由于高導(dǎo)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(nèi)。采用反向磁場抵消的方法實(shí)現(xiàn)磁屏蔽。對于高頻磁場，選用良導(dǎo)體材料，如銅、鋁等。隨著磁場頻率的增高，導(dǎo)體中渦流產(chǎn)生的反磁場也增加，當(dāng)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(yīng)，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(shù)7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)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(diǎn)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(shù)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(dá)到以下幾個目的。7 電磁干擾抑制技術(shù)7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)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(chǎn)生的傳導(dǎo)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(gòu)成的電流回路具有最小的面積，避免地線構(gòu)成回路，使外界磁場通過這個回路產(chǎn)生干擾。(4)保證人身和設(shè)備的安全。7 電磁干擾抑制技術(shù)7.2 電磁干擾的傳導(dǎo)及其抑制濾波良好的屏蔽和接地設(shè)計(jì)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(dǎo)性干擾卻沒有多大效果。因此必須采用濾波技術(shù)。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(dāng)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(dá)到阻抗的完全匹配，因此濾波器經(jīng)常在失配狀態(tài)下工作。(3) EMC的濾波器對L、C的寄生參數(shù)要求嚴(yán)格。1 概述7.3 電力電子裝置中的EMC現(xiàn)代電子技術(shù)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(shè)備產(chǎn)生和接受電磁干擾的機(jī)率大大增加。電力電子裝置的容量越來越大，電網(wǎng)及其周圍的電磁環(huán)境遭受的污染也越來越嚴(yán)重，所以EMI已成為許多電子設(shè)備與系統(tǒng)能否在應(yīng)用現(xiàn)場正常可靠運(yùn)行的主要限制因素。2 開關(guān)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(dǎo)致一個寬帶的電磁噪聲。關(guān)斷時二極管兩端電壓有一個反向下沖尖峰，這個尖峰產(chǎn)生的電磁噪聲比開通時要強(qiáng)；另外，反向恢復(fù)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(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，造成很強(qiáng)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(wǎng)相連，因此它產(chǎn)生的諧波和電磁干擾會通過電力線以傳導(dǎo)的形式注入電網(wǎng)，并通過電網(wǎng)傳導(dǎo)到其它用電設(shè)備，從而干擾其它設(shè)備的工作。這里，整流電路的干擾主要體現(xiàn)在兩方面：一個由于電流畸變，通過系統(tǒng)主抗產(chǎn)生壓降使得用戶端的電壓產(chǎn)生畸變；另一個整流電路中的半導(dǎo)體器件開關(guān)時產(chǎn)生的電磁干擾。如上所述的二極管