電磁兼容之傳導干擾ppt課件

1、工程電磁兼容ElectroMagnetic Compatibility,電磁兼容之傳導干擾,2,一、傳導干擾定義,第二章 傳導干擾,傳導干擾是指沿著導體傳播的，所以任何導體、如導線、傳輸線、電感器、電容器都是傳導干擾的傳輸通道。,形成干擾有不帶任何信息的噪聲及帶信息的無用信號。,電源開關的瞬間產(chǎn)生的火花對一個敏感電路就可能產(chǎn)生干擾。,一個帶信息的信號在一個通道中是有用的信號，如果它進入別的通道中去，就是帶信息的無用信號，將對別的通道形成干擾。,電磁兼容之傳導干擾,3,二、傳導干擾源,第二章 傳導干擾,按帶不帶信息分類,信息傳導干擾源,電磁噪聲傳導干擾源,帶有信息的無用信號對接收器產(chǎn)生干擾。,不

2、帶任何信息的電磁噪聲對接收器產(chǎn)生的干擾。,電磁兼容之傳導干擾,4,二、傳導干擾源,第二章 傳導干擾,電磁兼容之傳導干擾,5,二、傳導干擾源,第二章 傳導干擾,電磁兼容之傳導干擾,6,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二章 傳導干擾, 傳導電磁干擾的途徑稱之為傳導電磁干擾傳輸通道。, 傳導電磁干擾傳輸是指設備或電路與其他設備或電路之間的電聯(lián)系，這種傳輸能把一個設備或電路中的電流和電壓，通過傳輸途徑在另一個設備或電路里產(chǎn)生相應的電流或電壓。,電磁兼容之傳導干擾,7,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二章 傳導干擾,1、電容耦合,如右圖所示，設V1為傳導電磁干擾源電壓，Zi為接收器輸入阻抗，V2為接收器輸入端相

3、應產(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。,若設干擾源的頻率為 ，則有,電磁兼容之傳導干擾,8,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二章 傳導干擾,1、電容耦合,由上式可得出以下結論：,1）當1/jwC一定時，V2和Zi成正比；,2）當Zi一定時，V2和1/jwC成反比，即w大時，則V2就大，C大時，則V2也大。,電磁兼容之傳導干擾,9,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二章 傳導干擾,1、電容耦合,由上述的兩點結論可以得到減小電容耦合干擾電壓的有效方法：,1）減小傳導干擾源的頻率 ，當頻率很低時，傳導干擾電容耦合可以忽略；,2）減小耦合電容C的電容值，當耦合電容C的電容值很小時，傳

4、導干擾電容耦合可以忽略；,3）減小接收器輸入阻抗Zi的值，當接收器輸入阻抗很小時，傳導干擾電容耦合可以忽略。,電磁兼容之傳導干擾,10,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二章 傳導干擾,2、電阻耦合,如右圖所示，設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。,電磁兼容之傳導干擾,11,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二章 傳導干擾,2、電阻耦合,常用的電阻耦合有以下幾種：,如圖所示，在公共地線上有各種信號的電流，并由地線阻抗Z產(chǎn)生電壓。當這部分電壓構成

5、低電平信號放大器輸入電路的一部分時，公共地線上的耦合電壓就被放大并成為干擾輸出。,電磁兼容之傳導干擾,12,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二章 傳導干擾,2、電阻耦合,常用的電阻耦合有以下幾種：,如圖所示，在公共電源內阻產(chǎn)生的耦合干擾電路。輸出電流經(jīng)電源而由電源內阻Z0變換為電壓，這個電壓耦合到接收器里稱為干擾電壓。,電磁兼容之傳導干擾,13,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二章 傳導干擾,2、電阻耦合,常用的電阻耦合有以下幾種：,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影響電路1的電源電壓，這是由公共線路阻抗造成的。,電磁兼容之傳導干擾,14,三、傳導電磁干擾傳輸通道,第二

6、章 傳導干擾,3、電感耦合,電感耦合的形成是由于干擾源的時變電流產(chǎn)生的時變磁場，時變的磁場產(chǎn)生時變的磁通，這時變化的磁通在接收器的輸入阻抗兩端感應電壓，這個感應電壓就是干擾電壓,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線到導線之間的這種形式。電感耦合的等效電路如圖所示。,電磁兼容之傳導干擾,15,四、傳導電磁干擾頻譜,第二章 傳導干擾,傳導干擾源與傳導電磁干擾頻率列表,電磁兼容之傳導干擾,16,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導

7、干擾,1、開關電源,電磁兼容之傳導干擾,17,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導干擾,1、開關電源,電磁兼容之傳導干擾,18,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導干擾,1、開關電源,電磁兼容之傳導干擾,19,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導干擾,2、PLC,某崗位用了某公司的PLC模塊采集信號，在同一通訊線上放了5個模塊，使用過程中模塊通訊會中斷，重上電后會正常，但很快通訊又中斷。分析如下： 1）從現(xiàn)場看，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。 2）PLC數(shù)采模塊大部分接Pt100, K型、I型熱電偶信號，觀察控制柜內進線排，電纜統(tǒng)一采用了屏蔽雙絞線，

8、且屏蔽端編辮接到接地排上，由現(xiàn)場接地網(wǎng)統(tǒng)一接地?，F(xiàn)場干擾應能屏蔽。為確保起見，將模塊接線端子拔除，觀察模塊通訊狀況未變，排除干擾由信號端引起的可能。 3）將控制柜內線槽蓋板打開，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)實際更換后，通訊正常。,案例一：,電磁兼容之傳導干擾,20,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導干擾,2、PLC,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，正常連接后不能正常顯示。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)信號端對地有很高

9、的交流電壓，所以判斷信號線路受干擾，產(chǎn)生10V以上的雜波而干擾模擬量模塊工作。處理如下： 1）信號電纜采用質量可靠的屏蔽電纜，且在PLC側單端接地。 2）電流變送器側增加隔離式安全柵。 經(jīng)以上處理后，PLC工作正常，數(shù)值顯示穩(wěn)定可靠。,案例二：,電磁兼容之傳導干擾,21,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導干擾,2、PLC,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電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內部的變化，例如：開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、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

10、其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。,主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重。,1）來自電源的干擾,電磁兼容之傳導干擾,22,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導干擾,2、PLC,與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。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；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降

11、低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。,2）來自信號線引入的干擾,電磁兼容之傳導干擾,23,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導干擾,2、PLC,接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。,3）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾,電磁兼容之傳導干擾,24,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章

12、傳導干擾,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，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號。 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，輸出電流信號是受PWM載波信號調制的脈沖波形，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為23kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流

13、還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設備。,電磁兼容之傳導干擾,25,五、傳導電磁干擾案例分析,第二章 傳導干擾,3、變頻器,2)在變頻器輸入側與輸出側串接合適的電抗器，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載的阻抗，達到抑制諧波的目的。,1)變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設備的供電電源相互獨立，或在變頻器和其他用電設備的輸入側安裝隔離變壓器，切斷諧波電流。,解決措施：,電磁兼容之傳導干擾,26,六、抑制傳導干擾的有效方法,第二章 傳導干擾,1、傳導干擾源的處理,電磁兼容之傳導干擾,27,六、抑制傳導干擾的有效方法,第二章 傳導干擾,1、傳導干擾源的處理,電磁兼容之傳導干擾

14、,28,（1）為縮短電磁干擾傳輸通道的長度，要使電路中的導線盡量短。,六、抑制傳導干擾的有效方法,第二章 傳導干擾,2、傳導通道的處理,（2）把帶有電磁干擾的導線和元件與連接接收器的布線隔離開來。,（3）把帶有電磁干擾的元件的回線與接收器的回線隔離開來。,（4）用粗的隔離線和隔離套來減少級間的電容耦合。,（5）各級電路的連接導線應盡可能縮短，對高頻電路的布置尤應注意這個問題。,電磁兼容之傳導干擾,29,（6）對高頻電路，應盡量避免平行排列導線，特別不能像低頻電路那樣將各種導線扎成一束。,六、抑制傳導干擾的有效方法,第二章 傳導干擾,2、傳導通道的處理,（7）減小引線電感，以使感應電壓減到最小。,當頻率升到高頻時，線繞電路會呈現(xiàn)串聯(lián)電感，甚至合成電阻也會出現(xiàn)引線電感，這些電感再加上雜散電容則可能形成并聯(lián)諧振回路。,電阻器,電容器,電感器,線路元件的高頻特性,電磁兼容之傳導干擾,30,（8）產(chǎn)生電磁干擾的元件應盡量靠近與它們相關聯(lián)的負載，以使耦合路徑最短。,六、抑制傳導干擾的有效方法,第二章 傳導干擾,2、傳導通道的處理,（9）由同一電源總線饋電的幾個設備之間，必須用旁路電容去耦。在干擾極嚴重的情況下，可以用齊納二極管或分別供電的方法來隔離設備間的耦合。有