电气绝缘测试技术课件-第5课 抗干扰技术

§ 5.2 电磁干扰的耦合路径
传导耦合 干扰源与测量设备间的 耦合途径 辐射耦合
5.2.1. 传导耦合
传导耦合是导体之间及元件之间的主要干扰耦合方式，分为共阻 传导耦合是导体之间及元件之间的主要干扰耦合方式，分为共阻 合是导体之间及元件之间的主要干扰耦合方式 抗耦合、电感应耦合和磁感应耦合。传导耦合可以通过电源线、 抗耦合、电感应耦合和磁感应耦合。传导耦合可以通过电源线、信号 接地导体进行耦合。 线、接地导体进行耦合。 1. 电阻传导耦合（共阻抗耦合） 电阻传导耦合（共阻抗耦合） 通常干扰都是通过公共回路或公共阻抗，引入到测量回路中的。 通常干扰都是通过公共回路或公共阻抗，引入到测量回路中的。 当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时，就出现共阻抗干扰耦合。 当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时，就出现共阻抗干扰耦合。
如果磁通也随时间正弦变化，同时测量回路是固定的， 如果磁通也随时间正弦变化，同时测量回路是固定的，则整个环 路面积恒定。 路面积恒定。则有
U n = ω BA cos θ
式中， 磁通密度（ ） 式中， B —— 磁通密度（T） A —— 测量回路等效面积（m2） 测量回路等效面积（ 矢量A和矢量 和矢量B的夹角 θ —— 矢量 和矢量 的夹角 降低感性耦合干扰的方法 由上式可得，为了减小干扰电压，必须减小 由上式可得，为了减小干扰电压，必须减小B 、 A或COSθ 。 或 可采用电路上物理隔离的方法， 可采用电路上物理隔离的方法，减小穿过测量回路的磁通密度B ； 可将导线紧贴地平面或采用双绞线， 可将导线紧贴地平面或采用双绞线，尽可能减小测量回路的等效面 积A 。 调整干扰源与测量回路的相对位置。 调整干扰源与测量回路的相对位置。
电磁干扰的基本要素
干扰源
耦合途径
测量系统
§ 5.1 电磁干扰源
确定电磁环境是实施电磁兼容的前提。 确定电磁环境是实施电磁兼容的前提。电磁环境是各 种电磁干扰源的总和。 种电磁干扰源的总和。
音频噪声 传导射频干扰
16Hz 50Hz
1250Hz 2kHz
20 kHz 150kHz 50MHz 300MHz 1GHz
3. 电感性传导耦合（磁感应耦合） 电感性传导耦合（磁感应耦合）
干扰源与测量回路间通过互感产生的干扰耦合方式。 干扰源与测量回路间通过互感产生的干扰耦合方式。 假设干扰源电压为U 导线2 假设干扰源电压为 1，导线 为测量回路。 为测量回路。则因干扰源在测量 回路中产生的噪声电压U 回路中产生的噪声电压 n ，可用 下式表示
I2 U2 Z3
I3 U3
U1 = ( I 1 + I 2 + I 3 ) Z 1 U 2 = ( I 1 + I 2 + I 3 ) Z1 + ( I 2 + I 3 ) Z 2 U1 = ( I 1 + I 2 + I 3 ) Z 1 + ( I 2 + I 3 ) Z 2 + I 3 Z 3
所有独立电路的地通过串联连接， 所有独立电路的地通过串联连接，这对噪声来说是一种最不希望 的共地系统。任一个电路电流的变化都会对其他电路产生影响。 的共地系统。任一个电路电流的变化都会对其他电路产生影响。
Idle jkr 1 H = ( jk + ) sin θ r 4πr Idl e jkr 1 Er = j 2 ( jk + ) cos θ 2πωε 0 r r e jkr jk 1 Eθ = j (k 2 + + 2 ) sin θ 4πωε 0 r r r Idl
上式中， 为球坐标； 为天线电流， 为短单极天线长度 为短单极天线长度； 上式中，r，θ，为球坐标；I 为天线电流，dl为短单极天线长度；为 天线至场点的距离； 为角频率； 为空气介电常数； 天线至场点的距离；ω为角频率；ε0为空气介电常数； k =
C12 Un In C1g R C2g R Un
U1
~
相当于在线路2中产生了一个幅度为 的干扰电流源。 相当于在线路 中产生了一个幅度为 I n = jωC12U1 的干扰电流源。
测量线路对地阻抗较大时， 当 测量线路对地阻抗较大时，即 R >>
Un = C12 U1 C12 + C2 g
1 jω (C12 + C 2 g )
U n = jωM12 I1 = M12 dI1 dt
R1 I1 M12 I2 U1
R3
~
R2
上式中M 为线路1、 间的互感 间的互感。 上式中 12为线路 、2间的互感。 也可以用由回路1产生的磁通密度在回路 也可以用由回路 产生的磁通密度在回路2 产生的磁通密度在回路 中引起的感生电势来表示。 中引起的感生电势来表示。 d Un = ∫ ABdA dt
5.2.2. 辐射耦合
由于现代无线通讯技术的广泛使用， 由于现代无线通讯技术的广泛使用，以空间电磁辐射形式出现的 干扰源已越来越普遍地存在。 干扰源已越来越普遍地存在。 在工程实际中，短单极天线（ 小于λ 在工程实际中，短单极天线（ dl 小于λ）是一种最为常见的辐射 模式。根据麦克斯韦方程， 模式。根据麦克斯韦方程，短单极天线的辐射场可表示为
Zg
U = I 2 ( RL + Z g )
' U s = I1 Rs + ( I1 + I 2 ) Z g ' ' U = I 2 RL + ( I1 + I 2 ) Z g
' I2 =
Un = I2RL =
UR L RL + Zg
U ( Rs + Z g ) U s Z g RL RS + ( RL + RS ) Z g
I1 + I2 I1
电路1 电路
电路2 电路 电 源
地电流2 地电流 电路2 电路 地电位
共线阻抗
电路1 电路
I2
地电流1 地电流 电路1 电路 地电位 共地阻抗
共线阻抗
电路2 电路
共地阻抗耦合
电源共线阻抗耦合
Rs I2 US
I1 I2 ’
~ U
Un RL
~
U
~
Ig Ug
Un’
RL
Zg
' U g = ( I1 + I 2 ) Z g
抗干扰技术之 干扰耦合与接地
EMC
什么是电磁干扰？
电磁干扰是指由于电磁环境引起的设备、 电磁干扰是指由于电磁环境引起的设备、传输通道或 系统性能的下降。电磁干扰的频谱很宽， 系统性能的下降。电磁干扰的频谱很宽，可以覆盖 0~40GHz频率范围，电磁污染已和水源、大气受到的污染 频率范围， 频率范围 电磁污染已和水源、 一样，正引起世界范围的关注。 一样，正引起世界范围的关注。 从测量的角度，干扰和信号是相对的。 从测量的角度，干扰和信号是相对的。
2. 电容性传导耦合（电感应耦合） 电容性传导耦合（电感应耦合）
干扰源与测量电路间通过分布电容产生的干扰耦合方式。 干扰源与测量电路间通过分布电容产生的干扰耦合方式。 假设干扰源电压为U 导线2为 假设干扰源电压为 1，导线 为 测量回路。 测量回路。则因干扰源在测量回路 中产生的噪声电压Un ，可用下式表 示 jω[C12 (C12 + C 2 g )] Un = U1 jω + 1 R(C12 + C 2 g ) 测量线路对地阻抗较小时， 当 测量线路对地阻抗较小时，即
现 场 电 磁 干 扰
脉冲型干扰 宽带干扰） （宽带干扰）
随机性 脉冲干扰
白噪 宽带干扰） （宽力电源线、 设备动力电源线、继电保护线路以及 各种信号线路耦合进入的随机噪声 电力现场电磁干扰分类表
主要 瞬态干扰源
1）开关动作 ） 当开关动作时回路电流迅速变化， 非常大， 当开关动作时回路电流迅速变化，di/dt非常大，在带有电感线圈 非常大 的开关设备中会产生幅值很高的电压脉冲。如电焊机、 的开关设备中会产生幅值很高的电压脉冲。如电焊机、电动机启动过 程和高压开关动作等。频率范围0.15~150MHz，通常由电源线传播。 程和高压开关动作等。频率范围 ，通常由电源线传播。 2）整流装置 ） 与开关过程类似，整流过程将产生瞬态短路电流， 与开关过程类似，整流过程将产生瞬态短路电流，干扰频率范围 较宽。 较宽。 3）点火装置 ） 机动车辆都装有火花点火装置,放电电流峰值约 放电电流峰值约200A，放电时间 机动车辆都装有火花点火装置 放电电流峰值约 ， 通常在s内，峰值电压高达 内 峰值电压高达10kV。所产生的干扰前沿极陡，在 。所产生的干扰前沿极陡， 10~100MHZ范围内是最强的瞬态干扰源之一。 范围内是最强的瞬态干扰源之一。 范围内是最强的瞬态干扰源之一 4）高压输电线 ） 主要为电晕放电，主要为随机干扰，频谱在兆赫兹以下。 主要为电晕放电，主要为随机干扰，频谱在兆赫兹以下。 5）照明装置 ） 荧光灯或弧光灯是基于放电原理发光的， 荧光灯或弧光灯是基于放电原理发光的，其工作时阳极和阴极之 间会产生高频振荡，频率一般在几千赫兹左右。 间会产生高频振荡，频率一般在几千赫兹左右。
鉴别磁耦合和电耦合干扰的方法
U
R1
In=jωC12U1
~
R2 U R1 Un=jωM12I1 R2
电耦合等效电路
磁耦合等效电路
对于磁耦合，等效于在测量回路中串联一干扰电压源；而对于电耦合， 对于磁耦合，等效于在测量回路中串联一干扰电压源；而对于电耦合， 则等效于在测量电路与地之间并入干扰电流源。因此在实际测量中， 则等效于在测量电路与地之间并入干扰电流源。因此在实际测量中，可采 用以下方法鉴别两种耦合。 用以下方法鉴别两种耦合。 测量跨接电缆一端阻抗上的噪声电压，并减小电缆另一端上的阻抗。 测量跨接电缆一端阻抗上的噪声电压，并减小电缆另一端上的阻抗。 如果所测噪声电压减小，则为电干扰。 如果所测噪声电压减小，则为电干扰。 如果所测噪声电压增大，则为磁干扰。 如果所测噪声电压增大，则为磁干扰。