电磁兼容之传导干扰

R i L1
M 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
工程电磁兼容 ElectroMagnetic Compatibility
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。
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第二章 传导干扰
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
五、传导电磁干扰案例分析
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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 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
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 源
Z0
干扰源
接收器
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第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
产生干扰的原因
电源接线端上会产生传导干扰电压。 电流的突然改变。
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 线。 输出端有交流噪声干扰 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。 脉冲式电流产生传导干扰。
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第二章 传导干扰
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
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： 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。 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。 19
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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。
干扰源 接收器
C

如右图所示，设V1为传导电磁干扰源电压，Zi为 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。
V1
Zi
V2
若设干扰源的频率为ω ，则有
V2 Zi 1 Zi jwC V1
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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
第二章 传导干扰
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S7-300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。
第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
2、电阻耦合
Zi

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。
i1
Z
V2

V2 Zi1
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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、交直流传动装臵引起的谐波、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。 21
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。
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 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 换向器（整流器） 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） 直流电源输出端 机动车干扰
C
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。 9
V2 Zi 1 Zi 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
1、电容耦合
V2 Zi 1 Zi jwC V1
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。

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 di V M 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。
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
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 公共线路阻抗 i1 电路1 i2
电路2
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第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
3、电感耦合
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） 6 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。
第二章 传导干扰
三、传导电磁干扰传输通道
1、电容耦合
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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第二章 Baidu Nhomakorabea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。 （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。 26
静态功率设备
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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。 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。