第六章_电磁兼容课件-电缆-江滨浩.ppt

1、1,电缆的EMC设计,电气工程系 江滨浩,研究生学位课电磁兼容（6）,2,主 要 内 容,电磁场在电缆线上的感应噪声 电缆之间的串扰 电缆的辐射干扰,3,处于电磁场中的电缆,所有的电磁兼容标准中均规定了电缆的传导敏感性试验 实际是空间电磁场对电缆干扰性的试验 前述，电磁场对电缆的影响分为：在信号回路中的差模干 扰电流，在电缆与大地回路间的共模干扰电流,4,差模电压和共模电压,差模电压 电场产生电压的原理是导线处于不同的电位点，而磁场是通过回路中的磁通时变。电缆中信号线和回线间距极小，线间电压和磁感应电压几乎为零。因此，差模干扰电压无需考虑。 电路的干扰主要来自差模电压和电流，而差模感应电压又很

2、小，差模干扰电压是在电路不平衡时，共模电压转换到差模干扰电压的结果,5,电磁场在电缆上的感应电压,10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz,随频率增加，感应电压增大，线越长，感应越大,6,平衡电路的抗干扰特性,电磁场,V1,V2,I1,I2,VD,平衡性好坏用共模抑制比表示： CMRR = 20lg ( VC / VD ),VC,高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低,如果电路的共模抑制比为60dB，则1000V的共模电压在电路的输入端只能产生1V的差模电压。该电路的抗雷电等产生的共模干扰的性能很好。,CMRR,7,提高共模干扰抑制比的方法,共模抑制

3、比的高频率性好,屏蔽电缆频率特性,共模扼流圈,8,屏蔽静（低频）电场,9,回路面积A,磁场对电缆的干扰,由于外界干扰场的频率和强度是 不受控的，应尽量减小回路的面积。,10,理想同轴线的信号电流与回流等效为在几何上重合，因此电缆上的回路面积为0，整个回路面积仅有两端的部分,减小感应回路的面积,两个相邻的回路上感应出的电流具有相反的方向，因此相互抵销。双绞线的绞节越密，则效果越明显。,当屏蔽层两端接地时，外界磁场在原来信号与地线构成的回路中产生感应电流的同时，也在屏蔽层与地线构成的回路中产生感应电流Is，感应出的Is也会感应出磁场，但是这个磁场与原来的磁场磁场方向相反，相互抵消，导致总磁场减小，

4、减小了干扰。,屏蔽电缆减小磁场影响,只有两端接地的屏蔽层才能屏蔽磁场,12,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(A),(B),(D),(E),(C),0,27,13,13,28,1M,1M,100,100,抑制磁场干扰的试验数据,单端接地,非磁性材料的屏蔽套,磁性材料的屏蔽套,双绞线/单端接地,屏蔽层两端接地,13,抑制磁场干扰的实验数据,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(F),(G),(I),(J),(H),80,55,70,63,77,1M,1M,100,100,电缆的屏蔽层作为回流路径，大大减小了感应回路的面积,双绞线,H中的屏蔽层两端接地,H中

5、的屏蔽层单端接地,14,导线之间两种串扰机理,接收导线的两端情况是不同的，在靠近信号源的一端，电容耦合产生的电流与电感耦合产生的电流方向相同，幅度叠加，而在远离信号源的一端，电容耦合产生的电流与电感产生的电流方向相反，幅度抵消。因此，近端的干扰较强。,15,耦合方式的粗略判断,ZSZL 10002： 电场耦合为主 其它情况难说，取决于几何结构和频率,源电路阻抗ZS，接收电路的阻抗ZL,16,电容耦合模型,C12,C1G,C2G,R,V1,VN,17,耦合公式化简,频率很低的情况,频率、被干扰导体对地电阻、 两导体之间的电容成正比,频率很高的情况,与频率和电路的阻抗都无关。而仅与两个导体之间的电

6、容和接收导体与地之间的电容有关,18,电容耦合与频率的关系,可以控制电容耦合的参数有三个：两个导体之间的电容C12 ，接收导体对参考地的电阻R ，接收电路对参考地的电容C2G 。其中，前两个参数在实践中最重要。在实践中，常通过降低接收电路的电阻来减小电容耦合。,VN = j R C12 V1,19,屏蔽层不接地：相当于R无限大，应用R很大时的前面公式 VN = VS =V1 C1S / ( C1S + CSG ) ，与无屏蔽相同 屏蔽层接地（此时R0）时：VN = VS = 0， 具有理想的屏蔽效果,C1s,C1G,CsG,C1G,CSG,C1s,Vs,V1,V1,Vs,C2S,屏蔽对电容耦合

7、的影响全屏蔽,20,R 很大时：VN = V1 C12 / ( C12 + C2G + C2S ) ,R 很小时：VN = jRC12,部分屏蔽对电容耦合的效果,C12的大小取决于导体2在屏蔽体外的长度。要减小C12，就要使暴露出屏蔽层的导体长度尽量短,21,定义： 自感L 1 / I1 ， 互感 M 12 / I1, 1 是电流I1在回路1中产生的磁通， 12 是电流I1在回路2中产生的磁通,回路1,回路2,a,b,a,M = （ / 2 ）lnb2/（b2- a2）,互电感定义与计算,22,电感耦合,VN d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dt,减小互感耦合的方

8、法：M = （ / 2 ）lnb2/（b2- a2） 1 增加两个回路之间的距离； 2 减小第一个回路产生的磁通密度（在电流幅度不变的情况下），例如将第一个回路的两根长导线用双绞线； 3 减小接收回路的面积； 4 调整两个回路的相对位置、角度关系。,23,电感耦合与电容耦合的判别,区分方法：测量导体一端的噪声电压，同时调整导体另一端对地的阻抗，若测量电压值随阻抗增加而增加，则为电容耦合，若变化方向相反，则为电感耦合。,由电容耦合噪声可看成是并联在接收导体与地之间的电流源， 电感耦合噪声可看成是串联在接收导体中的一个电压源。,24,屏蔽对电感耦合的影响,关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变,I

9、1,M1S,M12,如屏蔽体两端接地，在屏蔽层与地构成的回路中会产生感应电流。感应电流产生新的磁场将叠加在原来的12上，由于12 12 ，因此，这个屏蔽措施的引入改变了互感，因此可以断定这种屏蔽对互感耦合有影响。,25,双端接地屏蔽层的分析,V12 = j M12 I1 VS2 = j MS2 IS VN = V12 + VS2,求解这项,根据电磁感应定律，IS的方向与I1 的方向相反，因此 V12的方向与VS2的方向相反，两者相抵消。因此减小了耦合电压VN 。,26,VS2项求解,+,+,+,+,+,+,+,+,+,LS = / IS MS2 = / IS 因此：LS = MS2,导体2,屏

10、蔽层,VS2 = j MS2 I S = j MS2 ( V S / ZS) = j LS V S / ( jLS+RS ) = VS j / ( j+RS/LS),27,屏蔽后的耦合电压,VN = V12 + VS2,V12 = j M12I1 VS = j M1SI1 因为：M12 = M1S 所以：VS = j M12I1 所以：VS2 = j M12I1 j / ( j+RS / LS),VN = V12 - V12 j / ( j+RS / LS) = V12 (RS / LS) / ( j+RS / LS),V12,28,屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果,当频率很低时（ j Ls Rs ）： VN =