第6章瞬态骚扰抑制

1、6.1 电网中的传导骚扰电网中的传导骚扰第第6 6章章 瞬态骚扰抑制瞬态骚扰抑制 电网和电路中经常出现一些瞬态骚扰，如开关操作、雷击浪涌、静电放电等，采用时域方法描述比较方便。 电网中存在各种传导骚扰，主要有电源中断、频率偏移、电压跌落、浪涌，电压噪声、谐波、瞬变等。 对于这些骚扰，依严重程度可采取不同的方法加以抑制，且大体可利用专用供电线路、不间断电源、稳压电源、隔离变压器、电源滤波器、瞬态骚扰抑制电路等。 IBM公司在1974年对计算机故障的一项研究表明，在电源干扰的统计分析中，振荡瞬变占49%，脉冲干扰占39.5%，这两项是电源干扰的主要原因，其他的还有电压跌落占11.5%，电源中断占0

2、.5%。 电网中的开关操作、负载切换及各种故障都会使电网发生瞬变过程，产生各种瞬变电压，对于持续时间大于8.4ms的瞬变电压，人们通常将其称为浪涌。 6.2 开关操作骚扰及其抑制开关操作骚扰及其抑制6.2.1 开关断开过程中瞬态骚扰的形成开关断开过程中瞬态骚扰的形成 开关的触点在断开和闭合过程断开和闭合过程中会产生电弧，在电路和空间中产生电磁骚扰，并对接到同一电网中或附近的其他设备产生干扰。 开关断开瞬间，负载电感中的电流不能突变，电感中储存的磁场能量转化为电能对分布电容进行充电，并以电场能量的形式储存到电容中。 负载两端的电压峰值达到，然后，电容又在回路中放电，产生反向电流，电场能量转化为磁

3、场能量。这样，电路中的电磁能量会不断地进行充电、放电，产生振荡，由于负载电阻的能量消耗，这一振荡过程是衰减振荡。 电压峰值22CLIU 振荡频率2221CLf 开关触点刚打开瞬间，触点距离很近，较低的电压就能击穿触点间的空气，形成电弧，分布电容储存的电荷会迅速释放；电弧结束后，负载电感恢复对电容充电，当电压达到击穿电压时又产生电弧，如此反复，形成一组脉冲波一组脉冲波。 随着开关打开，触点间距不断增大，所需的击穿电压不断增高，直至无法击穿。 在这一系列充电、放电过程中，放电电流具有很高频率的频谱分量，向周围产生严重的辐射发射；瞬态电压作用于与该设备使用同一电源的其他用电设备产生传导干扰。6.2.

4、2开关操作瞬态骚扰的抑制开关操作瞬态骚扰的抑制 可在感性负载两端感性负载两端或开关触点两端开关触点两端采取抑制措施，也可以两种方法同时采用，具体措施应根据实际情况而定。1对感性负载的处理 在负载两端采取措施 给感性负载提供续流通路，减小感性负载对电容的充电作用，降低负载两端电压，并消耗电路中的能量，使这一瞬态过程迅速衰减。 (1)在负载两端反向并联二极管 瞬变电压最低，但线路中电流衰减很慢。 (2)反向并联二极管并串入电阻 电流衰减加快了，但瞬变电压增大。串联电阻值要适中。 (3)在负载两端并联电容 瞬变电压幅度大降低，串联电阻是为消耗功率，使振荡很快衰减。 (4)在负载两端并联电阻 简单，但

5、正常工作时有附加能量损耗。 (5)并联一对反向串联的稳压管 稳压管钳位限制负载电压继续升高，稳压管消耗功率，缩短了瞬变过程。 (6)在负载两端并联压敏电阻 压敏电阻承受高瞬变电压时，等效电阻变小，为负载电流提供续流通路。 上述方法中，(1)和(2)只能用于直流电路，(3)(6)既可用于直流电路，也可用于交流电路。 2对开关触点的处理 给开关提供一个分流通路，抑制开关的触点电压，从而避免形成电弧。 (1)在触点两端并联阻容支路 开关断开时，由于电容的作用，限制了触点电压的上升速度和最大值；当开关闭合时，电容经开关放电，由于电阻的作用，限制了放电电流。电容应大于一定值，电阻取值要折衷考虑。 (2)

6、在阻容支路的电阻上并联二极管 开关断开瞬间，负载电流经二极管对电容充电；当开关闭合时，电容储能经电阻对开关放电。 (3)在触点两端并联稳压管 稳压管的钳位作用限制触点电压的进一步增大。 上述方法中，(1)既可用于直流电路，也可用于交流电路，(2)和(3)则只能用于直流电路。6.3 机电装置的电磁骚扰及抑制机电装置的电磁骚扰及抑制1电磁骚扰产生的原因 电动工具、家用电器等产品，使用直流电动机、交流动电机、电磁阀等机电装置将电能转化为机械运动，这些装置会产生电磁骚扰。 有刷电动机产生的电磁骚扰是主要由于电动机换向换向时产生的电弧电弧而形成的。 无刷电动机、电磁阀等的绕组与其金属外壳之间有较大的寄生

7、电容寄生电容，如果装置外壳接地，可以提供了一个很好的共模电流通路共模电流通路，在高频/瞬态电压作用下会产生共模骚扰。2电磁骚扰的抑制 (1)从有刷电动机产生电弧的原因入手 选用优质炭刷，使炭刷与换向片之间保持可靠接触、开合正常，使换向器表面光洁，保持炭刷对换向器的适当压力，且压力均匀，使电动机的机座可靠固定以减小运转时的振动。还可以在电机的换向片间并联电容或电阻。 (2)抑制骚扰传播的路径 并联电容，为骚扰源提供一条低阻抗的通路，使骚扰电流旁路掉，并抑制产生的尖峰电压；使用铁氧体环或磁珠，利用其高阻抗特性阻断共模通路，以抑制共模骚扰，且铁氧体环或磁珠与差模电容构成差模滤波器。6.4 浪涌及其抑

8、制浪涌及其抑制1浪涌抑制器件 电气、电子设备可能由于雷击、运行操作中的过电压，而承受浪涌电压（电流），必须采用浪涌抑制器件构成保护电路加以抑制。 将浪涌抑制器件与被保护电路或设备并联，以便对超过电路或设备承受能力的过电压进行限幅、过电流进行分流，使浪涌能量得到泄放。 常用的浪涌抑制器件有电火花隙、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变吸收二极管等。 (1)电火花隙 有两个或三个电极，可分别用于线间或线间及对地的浪涌保护。 当浪涌电压超过电火花隙的击穿电压时，间隙就会被击穿，产生电弧，电极间电压迅速下降，电极间电阻也由1091010下降到0.1左右，阻止了浪涌电压的继续升高，实现对设备的保护，当电火花隙中的

9、电流低于电弧的维持电流时，电火花隙恢复截止状态。 电火花隙有真空和气体两类，真空电火花隙击穿电压高，一般为1kV1MV，而充气电火花隙（气体放电管）击穿电压则一般为0.1kV1kV，多用充气电火花隙作浪涌保护器件。 气体放电管绝缘电阻很高（1091010），固有电容很小（17pF），可用于较高频率的电路，它吸收冲击电流的能力很强（可超过50kA），但击穿电压较高（0.1kV1kV），响应较慢（约100ns），适合于做第一级高电压、大电流的瞬态保护。 (2)金属氧化物压敏电阻 由金属氧化物（主要是氧化锌）材料制成，它属于钳位型器件，特性与两只背对背联接的稳压管非常相似。 当压敏电阻承受高瞬态电压

10、时，等效电阻急剧下降，将浪涌能量泄放掉，从而起到电压钳位、浪涌防护的目的。 压敏电阻的峰值电流承受能力较大，价格低；但钳位电压较高，有较大的动态电阻，且随着受到浪涌冲击次数增加，漏电增加；压敏电阻固有电容较大（几百至几千皮法），不能用在高频场合，而较适合于工频系统，如电源进线的保护、晶闸管的保护等。(3)硅瞬变吸收二极管 电压箝位型器件。钳位电压低，有极快的响应时间（亚纳秒级），适合于超高频和甚高频范围，可保护电路或设备免受静电、开关操作瞬变电压、雷电感应过电压的损害；但承受的峰值电流较小，价格较贵。 2组合式浪涌保护电路 不同的浪涌抑制器件有各自的特点，适用于不同情况： (1)气体放电管电流

11、吸收能力大，但响应速度低、有后续电流、离散性大、且电压分档少，适合于做第一级粗保护； (2)压敏电阻响应速度高、可有较大的吸收能力，但固有电容较大，不适合用在高频电路； (3)硅瞬变吸收二极管响应速度很高、电压分档很多，但带电流负荷能力较弱，可用于精细保护。 应结合各种抑制器件的特点，取长补短，以达到响应快、限压低、泄放能力强的目的。 典型的组合式浪涌保护电路，有三级保护，理想工作情况是： 当出现瞬态浪涌电压时，硅瞬变吸收二极管首先动作，使过压不能进入负载； 随着电流的增大，在硅瞬变吸收二极管烧毁前，换流到压敏电阻； 在压敏电阻的吸收能力达到极限前，再换流到气体放电管。 为实现依次保护的目的，

12、在组合电路的级与级之间串联限电流电感。6.5 静电放电防护静电放电防护 两种不同介质互相摩擦后会产生静电，静电感应也会产生静电。带正负电荷的导体相接触时，会产生短路放电电流，带电导体间的电压超过间隔空气或绝缘介质的击穿电压时，会产生电弧，形成电弧电流。 静电放电的模型： 为控制静电放电，可从三个方面入手：阻止静电荷的生成，阻止放电，控制放电电流路径。 放电电流在0.7ns到10ns的时间内，峰值会达到几十安培，有时甚至会超过一百安培。 使用的材料分成3类： 导电材料：表面电阻105/m2 导体材料不易产生静电，但能够存储其他材料产生的静电荷，并在放电时迅速传递电荷； 静 电 消 耗 材 料 ： 1 05 / m2 表 面 电 阻1012/m2 绝缘材料易产生静电。 为阻止静电荷的生成，应避免两种绝缘材料的摩擦，至少消除一种绝缘材料；保持工作环境中有一定的空气湿度，为阻止放电，应尽量消除存储电荷和快速传递电荷的导体。 静电放电的能量耦合到电子设备，主要有传导耦合、电场耦合和磁场耦合三种方式。 放电电流直接流过敏感电路，便产生传