電子工程中的 傳導(dǎo)干擾資料課件

電子工程中的電磁兼容ElectroMagnetic

Compatibility2011年9月一、傳導(dǎo)干擾定義

傳導(dǎo)干擾是指沿著導(dǎo)體傳播的，所以任何導(dǎo)體、如導(dǎo)線、傳輸線、電感器、電容器都是傳導(dǎo)干擾的傳輸通道。形成干擾有不帶任何信息的噪聲及帶信息的無用信號(hào)。電源開關(guān)的瞬間產(chǎn)生的火花對(duì)一個(gè)敏感電路就可能產(chǎn)生干擾。一個(gè)帶信息的信號(hào)在一個(gè)通道中是有用的信號(hào)，如果它進(jìn)入別的通道中去，就是帶信息的無用信號(hào)，將對(duì)別的通道形成干擾。第二章 傳導(dǎo)干擾2第二章 傳導(dǎo)干擾二、傳導(dǎo)干擾源按帶不帶信息分類信息傳導(dǎo)干擾源電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源帶有信息的無用信號(hào)對(duì)接收器產(chǎn)生干擾。不帶任何信息的電磁噪聲

對(duì)接收器產(chǎn)生的干擾。3二、傳導(dǎo)干擾源4第二章 傳導(dǎo)干擾信息傳導(dǎo)干擾源產(chǎn)生干擾的原因雷達(dá)發(fā)射機(jī)地線回路發(fā)射能量泄漏到接收機(jī)回路電流產(chǎn)生的級(jí)間耦合周期性信號(hào)發(fā)生器多諧振蕩器鋸齒波發(fā)生器脈沖發(fā)生器

計(jì)算機(jī)時(shí)鐘固定頻率連續(xù)產(chǎn)生干擾及由于脈沖波形的電流、電壓上升前沿陡峭，含有豐富的高次諧波引起感應(yīng)。固定快速繼電器電源頻率交流聲脈沖發(fā)生器重復(fù)頻率交流聲時(shí)鐘序列重復(fù)交流聲時(shí)鐘重復(fù)頻率交流聲交流聲進(jìn)入系統(tǒng)后，開始時(shí)電壓很低還不能形成干擾，而經(jīng)過系統(tǒng)后被逐級(jí)放大而形成干擾。掃描電路頻率交流聲二、傳導(dǎo)干擾源5第二章 傳導(dǎo)干擾電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源產(chǎn)生干擾的原因旋轉(zhuǎn)電機(jī)電源接線端上會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾電壓。換向器（整流器）電流的突然改變。熒光燈

氣體放電燈電擊穿瞬間會(huì)產(chǎn)生射頻噪聲。數(shù)字設(shè)備（數(shù)據(jù)處理機(jī)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字式儀表等）因?yàn)檫@些設(shè)備中有：電動(dòng)機(jī)、整流器、繼電器、嚙合電磁鐵、步進(jìn)開關(guān)、熒光燈、高壓汞燈燈產(chǎn)生干擾引入電源線。直流電源輸出端輸出端有交流噪聲干擾機(jī)動(dòng)車干擾因?yàn)檐嚿鲜褂媒涣靼l(fā)電機(jī)、電磁線圈及點(diǎn)火系統(tǒng)，這些設(shè)備產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。靜態(tài)功率設(shè)備脈沖式電流產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道第二章 傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)電磁干擾的途徑稱之為傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道。傳導(dǎo)電磁干擾傳輸是指設(shè)備或電路與其他設(shè)備或電路之間的電聯(lián)系，這種傳輸能把一個(gè)設(shè)備或電路中的電流和電壓，通過傳輸途徑在另一個(gè)設(shè)備或電路里產(chǎn)生相應(yīng)的電流或電壓。傳導(dǎo)電磁傳輸通道電容傳導(dǎo)耦合（電場(chǎng)耦合）這種耦合指的是干擾源和接收器之間通過導(dǎo)線以及部件的電容互相交鏈而構(gòu)成的電磁傳導(dǎo)耦合。電阻傳導(dǎo)耦合（公共阻抗耦合）這種耦合指的是干擾源和接收器之間通過公共阻抗上的電流或電壓交鏈而構(gòu)成的電磁傳導(dǎo)耦合。電感傳導(dǎo)耦合（互感耦合）這種耦合實(shí)際上是磁場(chǎng)耦合。干擾源和接收器之間通過干擾源電流產(chǎn)生磁場(chǎng)相互交鏈而構(gòu)成的電磁傳導(dǎo)耦合。6三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道1、電容耦合第二章 傳導(dǎo)干擾V1V2CZi如右圖所示，設(shè)V1為傳導(dǎo)電磁干擾源電壓，Zi為接收器輸入阻抗，V2為接收器輸入端相應(yīng)產(chǎn)生的電壓，C為耦合電容，即為干擾源和接收器之間的電容耦合通道。若設(shè)干擾源的頻率為ω，則有

7三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道1、電容耦合第二章 傳導(dǎo)干擾V1V2CZi由上式可得出以下結(jié)論：當(dāng)1/jwC一定時(shí)，V2和Zi成正比；當(dāng)Zi一定時(shí)，V2和1/jwC成反比，即w大時(shí)，則V2就大，C大時(shí)，則V2也大。8三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道1、電容耦合第二章 傳導(dǎo)干擾V1V2CZi由上述的兩點(diǎn)結(jié)論可以得到減小電容耦合干擾電壓的有效方法：減小傳導(dǎo)干擾源的頻率ω，當(dāng)頻率ω很低時(shí)，傳導(dǎo)干擾電容耦合可以忽略；減小耦合電容C的電容值，當(dāng)耦合電容C的電容值很小時(shí)，傳導(dǎo)干擾電容耦合可以忽略；減小接收器輸入阻抗Zi的值，當(dāng)接收器輸入阻抗很小時(shí)，傳導(dǎo)干擾電容耦合可以忽略。9三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道2、電阻耦合第二章 傳導(dǎo)干擾如右圖所示，設(shè)i1為電磁干擾源，Z為電磁干擾源和接收器之間的電阻耦合通道。Zi為接收器輸入阻抗。V2是干擾源在耦合阻抗Z上的電壓降，這個(gè)電壓降在接收器中產(chǎn)生干擾電壓。顯然，公共阻抗Z成了接收器中輸入阻抗的一部分。

i110V2ZZi第二章 傳導(dǎo)干擾三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道2、電阻耦合常用的電阻耦合有以下幾種：（1）公共地線阻抗產(chǎn)生的耦合干擾。如圖所示，在公共地線上有各種信號(hào)的電流，并由地線阻抗Z產(chǎn)生電壓。當(dāng)這部分電壓構(gòu)成低電平信號(hào)放大器輸入電路的一部分時(shí)，公共地線上的耦合電壓就被放大并成為干擾輸出。干擾源接收器Z11第二章 傳導(dǎo)干擾三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道2、電阻耦合常用的電阻耦合有以下幾種：（2）公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的耦合干擾。如圖所示，在公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的耦合干擾電路。輸出電流經(jīng)電源而由電源內(nèi)阻Z0變換為電壓，這個(gè)電壓耦合到接收器里稱為干擾電壓。Z0干擾源接收器電源12第二章 傳導(dǎo)干擾三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道2、電阻耦合常用的電阻耦合有以下幾種：（3）公共線路阻抗形成的耦合干擾。圖示為公共線路阻抗產(chǎn)生的耦合干擾。電路2的電源電流的任何變化都會(huì)影響電路1的電源電壓，這是由公共線路阻抗造成的。電源電路2電路1i1+i213i2i1公共線路阻抗三、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道3、電感耦合第二章 傳導(dǎo)干擾電感耦合的形成是由于干擾源的時(shí)變電流產(chǎn)生的時(shí)變磁場(chǎng)，時(shí)變的磁場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)變的磁通，這時(shí)變化的磁通在接收器的輸入阻抗兩端感應(yīng)電壓，這個(gè)感應(yīng)電壓就是干擾電壓RiML1

L2

Z

v顯然，電壓V與頻率、互感M以及干擾源的電流i成正比。電感耦合的主要形式有線圈和變壓器耦合、平行雙線間的耦合等。鐵心損耗常常使得變壓器的作用類似于抑制高頻干擾的低通濾波器。因此，比較重要的電感耦合常常是導(dǎo)線到導(dǎo)線之14間的這種形式。電感耦合的等效電路如圖所示。

四、傳導(dǎo)電磁干擾頻譜第二章 傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)干擾源與傳導(dǎo)電磁干擾頻率列表15傳導(dǎo)干擾源頻譜傳導(dǎo)干擾源頻譜真空吸塵器斷路器凸輪觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)電源開關(guān)電路指令程序裝置電源線指令程序裝置信號(hào)線熒光燈高壓汞燈0.1～1.0MHz10～20MHz0.1～25MHz0.5～25MHz1～25MHz0.1～25MHz0.1～3MHz0.1～1.0MHz計(jì)算機(jī)邏輯組件鎮(zhèn)定接觸器線圈脈沖鎮(zhèn)定接觸器通斷周期多路通信設(shè)備功率控制器功率轉(zhuǎn)換控制器恒定噪聲功率轉(zhuǎn)換控制器瞬態(tài)功率轉(zhuǎn)換器控制器磁鐵電樞50kHz～20MHz1～25MHz50kHz～25MHz1～10MHz2～15kHz10～25MHz50kHz～25MHz2～4MHz五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析1、開關(guān)電源16第二章 傳導(dǎo)干擾五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析1、開關(guān)電源17第二章 傳導(dǎo)干擾五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析1、開關(guān)電源第二章 傳導(dǎo)干擾18五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析2、PLC案例一：某崗位用了某公司的PLC模塊采集信號(hào)，在同一通訊線上放了5個(gè)模塊，使用過程中模塊通訊會(huì)中斷，重上電后會(huì)正常，但很快通訊又中斷。分析如下：從現(xiàn)場(chǎng)看，模塊24VDC供電從電源模塊接出，性能穩(wěn)定，排除電源引起干擾的情況。PLC數(shù)采模塊大部分接Pt100,

K型、I型熱電偶信號(hào)，觀察控制柜內(nèi)進(jìn)線排，電纜統(tǒng)一采用了屏蔽雙絞線，且屏蔽端編辮接到接地排上，由現(xiàn)場(chǎng)接地網(wǎng)統(tǒng)一接地?，F(xiàn)場(chǎng)干擾應(yīng)能屏蔽。為確保起見，將模塊接線端子拔除，觀察模塊通訊狀況未變，排除干擾由信號(hào)端引起的可能。將控制柜內(nèi)線槽蓋板打開，發(fā)現(xiàn)模塊間通訊線采用二根單線，無接地，線槽布線較亂，有可能產(chǎn)生干擾．從以上分析后發(fā)現(xiàn)問題可能出在模塊間通訊線上，解決辦法是將通訊線換成屏蔽雙絞線，屏蔽端接地，經(jīng)實(shí)際更換后，通訊正常。19第二章 傳導(dǎo)干擾五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析2、PLC案例二：華魯恒升化工股份有限公司一水處理崗位采用西門子公司的S7-300系統(tǒng)的模擬量模塊采集變頻器信號(hào)，正常連接后不能正常顯示。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)信號(hào)端對(duì)地有很高的交流電壓，所以判斷信號(hào)線路受干擾，產(chǎn)生

10V以上的雜波而干擾模擬量模塊工作。處理如下：信號(hào)電纜采用質(zhì)量可靠的屏蔽電纜，且在PLC側(cè)單端接地。電流變送器側(cè)增加隔離式安全柵。經(jīng)以上處理后，PLC工作正常，數(shù)值顯示穩(wěn)定可靠。20第二章 傳導(dǎo)干擾五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析2、PLC主要通過電源和信號(hào)線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。1）來自電源的干擾PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它

將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變

化，例如：開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對(duì)隔離是不可能的。21第二章 傳導(dǎo)干擾五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析2、PLC2）來自信號(hào)線引入的干擾與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引

起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)引

入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。22第二章 傳導(dǎo)干擾五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析2、PLC3）來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。23第二章 傳導(dǎo)干擾五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析3、變頻器變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號(hào)，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，對(duì)于

GTR大功率逆變?cè)?，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WM最高載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。24第二章 傳導(dǎo)干擾五、傳導(dǎo)電磁干擾案例分析3、變頻器解決措施：變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立，或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器，切斷諧波電流。在變頻器輸入側(cè)與輸出側(cè)串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成必須是LC型，吸收諧波和增大電源或負(fù)載的阻抗，達(dá)到抑制諧波的目的。25第二章 傳導(dǎo)干擾第二章 傳導(dǎo)干擾六、抑制傳導(dǎo)干擾的有效方法1、傳導(dǎo)干擾源的處理如果傳導(dǎo)干擾源是產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)元件，如線圈、變壓器等，在布置時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離接收器加以屏蔽。如果傳導(dǎo)干擾源是頻率相同的電路，如接收機(jī)的高頻放大、輸入及振蕩電路，它們之間的交鏈容易引起自激振蕩，因此布置應(yīng)相隔遠(yuǎn)些。移去對(duì)系統(tǒng)工作無用的、有潛在的干擾設(shè)備的電源。應(yīng)盡可能使設(shè)備工作在設(shè)計(jì)曲線線性最好的部分，以便輸出所含諧波分量最小。26第二章 傳導(dǎo)干擾（6）電弧放電：當(dāng)兩個(gè)物體之間的電位差大到足以使它們之間的絕緣擊穿時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電弧。因此要盡量避免出現(xiàn)電弧放電。六、抑制傳導(dǎo)干擾的有效方法1、傳導(dǎo)干擾源的處理（5）如果干擾源的工作波形是脈沖形狀，因?yàn)楫?dāng)脈沖上升沿較慢且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)生的電磁干擾最小，隨著脈沖寬度的減小且上升時(shí)間縮短，脈沖中的高頻成分的幅度將增加。所以一個(gè)控制裝置或其他脈沖的上升時(shí)間只需快到能在指定的時(shí)間內(nèi)保證可靠工作即可。不要使振蕩器和開關(guān)器件的工作速度高于性能所需要的速度。27第二章 傳導(dǎo)干擾六、抑制傳導(dǎo)干擾的有效方法2、傳導(dǎo)通道的處理為縮短電磁干擾傳輸通道的長(zhǎng)度，要使電路中的導(dǎo)線盡量短。把帶有電磁干擾的導(dǎo)線和元件與連接接收器的布線隔離開來。把帶有電磁干擾的元件的回線與接收器的回線隔離開來。用粗的隔離線