电力电子装置电磁兼容设计s

1、第第7章章 电力电子装置电力电子装置电磁兼容设计电磁兼容设计武汉大学电气工程学院武汉大学电气工程学院本章主要内容本章主要内容7.1 电磁干扰概述电磁干扰概述7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制7.3 电力电子装置中的电力电子装置中的EMC7.1 电磁干扰概述电磁干扰概述1 电磁干扰电磁干扰随着科学技术的发展，越来越多的电子、电气设备进入了我们生活和生产的各个领域，这些设备在正常运行的同时也向外辐射电磁能量，可能对其他设备产生不良的影响，甚至造成严重的危害，这就是电磁干扰电磁干扰。定义：任何可能引起装置、设备或系统性能降低的电磁现象。（国标GB/T4365-1995）7.1 电磁

2、干扰概述电磁干扰概述2 电磁辐射危害电磁辐射危害电磁能的广泛应用一方面推动了社会的进步，丰富了人类的物质文化生活,同时也使空间各种频率的电磁辐射越来越强，对人类造成了危害：干扰广播、电视、通信信号的接收；干扰电子仪器、设备的正常工作，可能造成信息失误、 控制失灵等事故；可能引燃一些易燃易爆物质，引起爆炸和火灾；较强的电磁辐射对人体的健康有很大的影响。7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制1 分类分类1、按传播途径分类传导干扰：通过电路耦合的干扰。（例如导线传输、电容耦合、电感耦合。）辐射干扰：通过空间传输的干扰。2、按干扰的来源分类：、自然干扰 雷电：干扰信号的频率：10100k

3、Hz。宇宙干扰：来自太阳和其他星系的电磁噪声, 干扰信号的频率几十M几十GHz。例如太阳黑子活动造成的无线电干扰，可造成通信中断。 、人为干扰7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制1 分类分类3、按信号的功能分类功能性干扰：设备正常工作时产生的信号对其它设备的干扰。非功能性干扰：无用的电磁泄漏产生的干扰。4、按场的性质分类：电场干扰，磁场干扰 5、按干扰的特性分类 频 率：射频干扰（低频、高频、微波） 工频干扰（50Hz） 静态场干扰（静电场、恒定磁场）。 波 形：连续波干扰、脉冲波干扰。 带 宽：宽带干扰、窄带干扰。 周期性：有规则干扰：周期性干扰信号 非周期性干扰信号 随机干

4、扰7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制2 电磁干扰三要素电磁干扰三要素电磁干扰源对此类干扰敏感的仪器设备（被干扰体）干扰信号耦合的通道（传播途径：传导、辐射）。7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制3 系统内部和系统间干扰系统内部和系统间干扰系统内部的干扰：系统内一部分电路对另一部分电路的干扰。 例1 汽车内发动机点火系统对车内通信系统的干扰 例2 电路板上振荡电路对其它单元电路的干扰系统之间的干扰：一个系统对另一个系统的干扰。 例1 计算机对收音机的干扰 例2 高压输电线路对通信线路的干扰4 电磁干扰的传播电磁干扰的传播7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传

5、导及其抑制干扰信号，由干扰源发生，经过一定的传播途径到达接收机，造成干扰。公共地阻抗耦合电阻性耦合公共电源内阻耦合传导耦合 电容性耦合电感性耦合干扰信号导线对导线辐射耦合 天线对天线场对导线4 电磁干扰的传播电磁干扰的传播7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制2、电磁干扰耦合模型（右图） C：电容耦合， L：电感耦合， Z：共阻抗耦合， NC：近场耦合， FR：远场辐射。5 电磁敏感性电磁敏感性7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制定义电磁敏感性：电子设备或系统对电磁干扰的响应特性， 电磁敏感性越高，抗干扰能力越低。 传导敏感性：对传导干扰， 辐射敏感性：对辐射干扰

6、。电磁抗扰性：设备或系统抵制电磁干扰的能力。敏感频率和抗扰度允许值、敏感频率：在该频率上，设备对电磁干扰的响应比 较敏感。5 电磁敏感性电磁敏感性7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制、抗扰度允许值：导致设备或系统性能下降的干扰信号的幅值（可以是电压、电流、电场强度、磁场强度、功率密度）。例如：在国标GBT1383892中声音和电视广播接收机的音频功能辐射抗扰度允许值：0.15150MHz，125dB(Vm)。电视广播接收机的接收功能辐射抗扰度允许值：48.592MHz，109dB(Vm)，92150MHz，125dB(Vm)。 5 电磁敏感性电磁敏感性7.2 电磁干扰的传导及其

7、抑制电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰安全系数定义：例如：对于干扰电压， 对于干扰场强， 对于干扰功率密度，m 抗扰度允许值现有最大干扰值00, ()20lg,mmVVmm dBVV或00, ()20lg,mmEEmm dBEE或00, ()10lg,mmSSmm dBSS或6 电磁兼容电磁兼容7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制电磁兼容的定义:采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干扰其他设备的正常工作，这就是电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，缩写为EMC)。在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容

8、严格的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。、设备对来自外部环境的电磁干扰必须具有一定的承受能力（抗扰度）。、设备在正常工作时产生的电磁干扰不超过一定的限值，不干扰其它设备的正常工作。 6 电磁兼容认证电磁兼容认证7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制产品的EMC认证是依据产品的电磁兼容标准和相应的技术要求，经过认证机构测试确认，并通过颁发认证证书和认证标志来证明某一产品符合相应标准和相应技术的要求。在我国EMC认证已纳入3C认证范围(中国强制认证，英文名称为“China Compulsory Certification”，

9、英文缩写为“CCC”，也可简称为“3C”)，国家对有强制性电磁兼容国家标准或强制性电磁兼容行业标准以及标准中有电磁兼容强制条款的产品实行安全认证制度，对这些实施电磁兼容安全认证的产品在进入流通领域实施强制性监督管理（没有进行电磁兼容安全认证就不能进入流通领域)。6 电磁兼容测量内容电磁兼容测量内容7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制干扰信号的频率或频谱 窄带干扰：测量频率 宽带干扰：测量频谱或频谱密度（脉冲干扰）干扰信号的幅度 传导干扰：干扰电压U，干扰电流I 辐射干扰：电场强度E，磁场强度H ，辐射功率密度S，干扰信号的功率P。EMC传导干扰测量电磁干扰测量辐射干扰测量测量传

10、导敏感度测量电磁敏感度测量辐射敏感度测量7 电磁干扰抑制技术电磁干扰抑制技术7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制屏蔽技术按照欲屏蔽的电磁场的性质，屏蔽技术可以分为三大类。(1)电场屏蔽。对于静电场及低频交变电场，利用金属屏蔽体可以对电场起到屏蔽作用，但是屏蔽体必须良好接地。磁场电场导线磁场电场导线屏蔽层7 电磁干扰抑制技术电磁干扰抑制技术7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制(2)磁场屏蔽。采用高导磁材料对直流和低频磁场进行屏蔽。由于高导磁材料具有很低的磁阻，它可以将磁力线封闭在磁屏蔽体内。采用反向磁场抵消的方法实现磁屏蔽。对于高频磁场，选用良导体材料，如铜、铝等

11、。随着磁场频率的增高，导体中涡流产生的反磁场也增加，当反磁场足以完全排斥噪声磁场时，涡流不在增加。此外，由于趋肤效应，涡流只在表面流动，因此只需要很薄的一层金属材料就行。导线屏蔽层流过和导线相反的电流，大小相等被屏蔽区域磁场磁屏蔽材料7 电磁干扰抑制技术电磁干扰抑制技术7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制(3)电磁场屏蔽。对电磁场而言，电场和磁场总是同时存在，同时采用电场屏蔽和磁场屏蔽的措施。接地“地地”可以定义为一个等位点或一个等位面可以定义为一个等位点或一个等位面。为电路或系统提供一个参考电位，其电位的数值可以和大地相等也可以不等。一个良好的接地系统必须达到以下几个目的。7

12、 电磁干扰抑制技术电磁干扰抑制技术7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制(1)保证基地系统具有很低的公共阻抗，使系统中各路电流通过改公共阻抗产生的传导噪声电压最小。(2)在高频电流下，保证“信号地”对“大地”具有较低的共模电压，减少辐射噪声到最小。(3)保证地线信号线构成的电流回路具有最小的面积，避免地线构成回路，使外界磁场通过这个回路产生干扰。(4)保证人身和设备的安全。7 电磁干扰抑制技术电磁干扰抑制技术7.2 电磁干扰的传导及其抑制电磁干扰的传导及其抑制滤波良好的屏蔽和接地设计对于辐射的电场和磁场干扰具有很好屏蔽和接地设计对于辐射的电场和磁场干扰具有很好的效果的效果，但是对

13、于传导性干扰却没有多大效果。因此必须传导性干扰却没有多大效果。因此必须采用滤波技术采用滤波技术。在EMC中所讨论的滤波和信号处理及通信中的滤波原理上是一致的，但是它们相比具有以下不同之处。(1)EMC中的滤波器中的L、C元件，通常需要处理和承受相承受相当大的无功电流和电压当大的无功电流和电压，及它们必须具有足够大的无功功率容量。(2)在EMC的滤波器中难以达到阻抗的完全匹配难以达到阻抗的完全匹配，因此滤波器经常在失配状态下工作。(3) EMC的滤波器对L、C的寄生参数要求严格。1 概述概述7.3 电力电子装置中的电力电子装置中的EMC现代电子技术正朝高频、高速、高灵敏度、高可靠性、小高频、高速

14、、高灵敏度、高可靠性、小型化型化的方向发展，使得这些设备产生和接受电磁干扰的机率大大增加。电力电子装置的容量越来越大，电网及其周围的电磁环境遭受的污染也越来越严重，所以EMI已成为许多电子设备与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要限制因素。2 开关噪声开关噪声(二极管二极管)7.3 电力电子装置中的电力电子装置中的EMC开通时二极管两端电压有一个正向上冲尖峰上冲尖峰，这将会导致一个宽带的电磁噪声。关断时二极管两端电压有一个反向下冲尖峰下冲尖峰，这个尖峰产生的电磁噪声比开通时要强；另外，反向恢复电流的变化率和幅值都很大，在引线的杂散电感和相连接的电路中产生很高的感应电压，造成很强的宽频的瞬态电磁噪声。dudiduditttt3 整流电路整流电路EMI7.3 电力电子装置中的电力电子装置中的EMC由于整流电路与电网相连，因此它产生的谐波和电磁干扰会通过电力线以传导传导的形式注入电网，并通过电网传导到其它用电设备，从而干扰其它设备的工作。这里，整流电路的干扰主要体现在两方面：一个由于电流畸变电流畸变，通过系统主抗产生压降使得用户端的电压产生畸变；另一个整流电路中的半导体器件开关时产生的电磁干扰。如上所述的二极管