电磁兼容之传导干扰ppt课件

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第二章 传导干扰
五、传导电磁干扰案例分析
1、开关电源
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第二章 传导干扰
五、传导电磁干扰案例分析
1、开关电源
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第二章 传导干扰
五、传导电磁干扰案例分析
1、开关电源
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第二章 传导干扰
五、传导电磁干扰案例分析
2、PLC
案例一：
某岗位用了某公司的PLC模块采集信号，在同一通讯线上放了5个模块， 使用过程中模块通讯会中断，重上电后会正常，但很快通讯又中断。分析如下：
形成干扰。
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第二章 传导干扰
二、传导干扰源
电磁噪声传导干扰源
旋转电机
产生干扰的原因
电源接线端上会产生传导干扰电压。
换向器（整流器）
电流的突然改变。
荧光灯 气体放电灯
数字设备（数据处理机、计算机、数 字式仪表等）
电击穿瞬间会产生射频噪声。
因为这些设备中有：电动机、整流器、 继电器、啮合电磁铁、步进开关、荧 光灯、高压汞灯灯产生干扰引入电源
第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
1、电容耦合
V2
Zi
Zi 1
jwC
V1
C
V1
Zi
V2
由上式可得出以下结论：
1）当1/jwC一定时，V2和Zi成正比；
2）当Zi一定时，V2和1/jwC成反比，即w大时，则V2就大，C大时，则V2也 大。
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第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
C
1、电容耦合
V2
Zi
Zi 1
jwC
V1
V1
Zi
V2
由上述的两点结论可以得到减小电容耦合干扰电压的有效方法：
1）减小传导干扰源的频率ω ，当频率ω很低时，传导干扰电容耦合可 以忽略；
2）减小耦合电容C的电容值，当耦合电容C的电容值很小时，传导干扰电 容耦合可以忽略；
3）减小接收器输入阻抗Zi的值，当接收器输入阻抗很小时，传导干扰电 容耦合可以忽略。
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第二章 传导干扰
六、抑制传导干扰的有效方法
1、传导干扰源的处理
（1）如果传导干扰源是产生强电磁场元件，如线圈、变压器等，在布置时应 远离接收器加以屏蔽。
（2）如果传导干扰源是频率相同的电路，如接收机的高频放大、输入及振 荡电路，它们之间的交链容易引起自激振荡，因此布置应相隔远些。
（3）移去对系统工作无用的、有潜在的干扰设备的电源。
工程电磁兼容 ElectroMagnetic Compatibility
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第二章 传导干扰
一、传导干扰定义
传导干扰是指沿着导体传播的，所以任何导体、如导线、
传输线、电感器、电容器都是传导干扰的传输通道。
形成干扰有不带任何信息的噪声及带信息的无用信号。
电源开关的瞬间产生的火花对一个敏感电路就可能产生干扰。 一个带信息的信号在一个通道中是有用的信号，如果它进入别 的通道中去，就是带信息的无用信号，将对别的通道形成干扰。
3）将控制柜内线槽盖板打开，发现模块间通讯线采用二根单线，无接地， 线槽布线较乱，有可能产生干扰．
从以上分析后发现问题可能出在模块间通讯线上，解决办法是将通讯线换成屏 蔽双绞线，屏蔽端接地，经实际更换后，通讯正常。
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五、传导电磁干扰案例分析
2、PLC
案例二： 华鲁恒升化工股份有限公司一水处理岗位采用西门子公司的S7-
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第二章 传导干扰
二、传导干扰源
按带不带信息分类
信息传导干扰源
电磁噪声传导干扰源
带有信息的无用信号对 接收器产生干扰。
不带任何信息的电磁噪声 对接收器产生的干扰。
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第二章 传导干扰
二、传导干扰源
信息传导干扰源
雷达发射机 地线回路
周期性信号发生器 多谐振荡器
锯齿波发生器 脉冲发生器 计算机时钟
五、传导电磁干扰案例分析
3、变频器
变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V/50Hz的工频 电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶 体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。
在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立 叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在 逆变输出回路中，输出电流信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，对于 GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2～3kHz，而IGBT大功率逆变元件 的PWM最高载频可达15kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含正弦 波的基波和其他各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐 波电流还通过电缆向空间辐射，干扰邻近电气设备。
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第二章 传导干扰
五、传导电磁干扰案例分析
2、PLC
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工 业现场较严重。
1）来自电源的干扰
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它 将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变 化，例如：开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、 电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔 离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布 参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
固定快速继电器 电源频率交流声 脉冲发生器重复频率交流声 时钟序列重复交流声 时钟重复频率交流声 扫描电路频率交流声
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产生干扰的原因
发射能量泄漏到接收机 回路电流产生的级间耦合
固定频率连续产生干扰及由于脉冲波形的 电流、电压上升前沿陡峭，含有丰富的高
次谐波引起感应。
交流声进入系统后，开始时电压很低还不 能形成干扰，而经过系统后被逐级放大而
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第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
1、电容耦合
如右图所示，设V1为传导电磁干扰源电压，Zi为 V1 接收器输入阻抗，V2为接收器输入端相应产生的 电压，C为耦合电容，即为干扰源和接收器之间的 电容耦合通道。
若设干扰源的频率为ω ，则有
V2
Zi
Zi 1
jwC
V1
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C
Zi
V2
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五、传导电磁干扰案例分析
2、PLC
3）来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接 地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的 接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。
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第二章 传导干扰
第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
2、电阻耦合
常用的电阻耦合有以下几种：
（3）公共线路阻抗形成的耦合干扰。
图示为公共线路阻抗产生的耦合干扰。电路2的电源电流的任何变化都会影响 电路1的电源电压，这是由公共线路阻抗造成的。
i1+i2
电 源
i2 电路2
公共线路阻抗
i1 电路1
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第二章 传导干扰
300系统的模拟量模块采集变频器信号，正常连接后不能正常显示。经检 测发现信号端对地有很高的交流电压，所以判断信号线路受干扰，产生 10V以上的杂波而干扰模拟量模块工作。处理如下：
1）信号电缆采用质量可靠的屏蔽电缆，且在PLC侧单端接地。 2）电流变送器侧增加隔离式安全栅。 经以上处理后，PLC工作正常，数值显示稳定可靠。
i1 Z
V2
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第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
2、电阻耦合
常用的电阻耦合有以下几种：
（1）公共地线阻抗产生的耦合干扰。
如图所示，在公共地线上有各种信号的电流，并由地线阻抗Z产生电压。当这 部分电压构成低电平信号放大器输入电路的一部分时，公共地线上的耦合电 压就被放大并成为干扰输出。
（4）应尽可能使设备工作在设计曲线线性最好的部分，以便输出所含谐波 分量最小。
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第二章 传导干扰
六、抑制传导干扰的有效方法
1、传导干扰源的处理
（5）如果干扰源的工作波形是脉冲形状，因为当脉冲上升沿较慢且持续时 间较长时，产生的电磁干扰最小，随着脉冲宽度的减小且上升时间缩短，脉 冲中的高频成分的幅度将增加。所以一个控制装置或其他脉冲的上升时间只 需快到能在指定的时间内保证可靠工作即可。 不要使振荡器和开关器件的工作速度高于性能所需要的速度。
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五、传导电磁干扰案例分析
3、变频器
解决措施：
1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和 其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。
2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤 波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制 谐波的目的。
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第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
2、电阻耦合
如右图所示，设i1为电磁干扰源，Z为电磁干扰源 和接收器之间的电阻耦合通道。Zi为接收器输入 阻抗。V2是干扰源在耦合阻抗Z上的电压降，这个 电压降在接收器中产生干扰电压。显然，公共阻 抗Z成了接收器中输入阻抗的一部分。
V2 Zi1
Zi
1）从现场看，模块24VDC供电从电源模块接出，性能稳定，排除电源引起 干扰的情况。
2）PLC数采模块大部分接Pt100, K型、I型热电偶信号，观察控制柜内进线 排，电缆统一采用了屏蔽双绞线，且屏蔽端编辫接到接地排上，由现场接地网统 一接地。现场干扰应能屏蔽。为确保起见，将模块接线端子拔除，观察模块通讯 状况未变，排除干扰由信号端引起的可能。
传导电磁传输通道
电容传导耦合 （电场耦合）
这种耦合指得是干扰源和接收器之间通过导线以及部件的电容 互相交链而构成的电磁传导耦合。
电阻传导耦合 这种耦合指得是干扰源和接收器之间通过公共阻抗上的电流 （公共阻抗耦合） 或电压交链而构成的电磁传导耦合。
电感传导耦合 （互感耦合）
这种耦合实际上是磁场耦合。干扰源和接收器之间通过干扰 源电流产生磁场相互交链而构成的电磁传导耦合。
干扰源
接收器
Z
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第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
2、电阻耦合
常用的电阻耦合有以下几种：
（2）公共电源内阻产生的耦合干扰。 如图所示，在公共电源内阻产生的耦合干扰电路。输出电流经电源而由电源 内阻Z0变换为电压，这个电压耦合到接收器里称为干扰电压。
电 Z0 源
干扰源
接收器
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传导干扰源
计算机逻辑组件 镇定接触器线圈脉冲 镇定接触器通断周期 多路通信设备 功率控制器 功率转换控制器恒定噪声 功率转换控制器瞬态 功率转换器控制器磁铁电枢
频谱
50kHz～20MHz 1～25MHz 50kHz～25MHz 1～10MHz 2～15kHz 10～25MHz 50kHz～25MHz 2～4MHz
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第二章 传导干扰
五、传导电磁干扰案例分析
2、PLC
2）来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外， 总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电 源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号 线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重 的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时 将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引 起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信 号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
线。
直流电源输出端
输出端有交流噪声干扰
机动车干扰
因为车上使用交流发电机、电磁线圈 及点火系统，这些设备产生传导干扰。
静态功率设备
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脉冲式电流产生传导干扰。
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第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
传导电磁干扰的途径称之为传导电磁干扰传输通道。 传导电磁干扰传输是指设备或电路与其他设备或电路之间的电联系，这种 传输能把一个设备或电路中的电流和电压，通过传输途径在另一个设备或电 路里产生相应的电流或电压。
三、传导电磁干扰传输通道
3、电感耦合
电感耦合的形成是由于干扰源的时变电流产生的时变磁场，时变的磁场产 生时变的磁通，这时变化的磁通在接收器的输入阻抗两端感应电压，这个 感应电压就是干扰电压 VMdi jMi dt
显然，电压V与频率、互感M以及干扰源的电流i成正比。
电感耦合的主要形式有线圈和变压器耦合、平 行双线间的耦合等。铁心损耗常常使得变压器 的作用类似于抑制高频干扰的低通滤波器。因 此，比较重要的电感耦合常常是导线到导线之 间的这种形式。电感耦合的等效电路如图所示。
R
M
i
L1 L2 Z v
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第二章 传导干扰
四、传导电磁干扰频谱
传导干扰源与传导电磁干扰频率列表
传导干扰源
真空吸尘器 断路器凸轮触点 转换开关 电源开关电路 指令程序装置电源线 指令程序装置信号线 荧光灯 高压汞灯
频谱
0.1～1.0MHz 10～20MHz 0.1～25MHz 0.5～25MHz 1～25MHz 0.1～25MHz 0.1～3MHz 0.1～1.0MHz