电磁兼容中的接地技术_吕林强

电磁兼容中的接地技术_吕林强
电磁兼容中的接地技术_吕林强

电磁兼容中的接地技术

吕林强

(七台河矿业精煤集团新建煤矿,黑龙江七台河154600)

摘 要:讨论了电磁兼容中的接地技术,包括接地的种类和目的、接地方式、接地电阻的计算以及设备和系统的接地等。其主要目的在于提高电力电子设备的电磁兼容能力。关键词:接地技术;电磁兼容;干扰

中图分类号:TD61 文献标识码:A 文章编号:1008-8725(2009)02-0043-02

Test Coupled Capacitor Insulate Blemis

LV Lin-qiang

(Xinjian Coal Mine,Qitaihe Mining Industry Cleaned Coal Group,Qitaihe 154600,China)

Abstract :The coupled capacitors are used in 35-220kV systerms.Once the damages are occueeed in running will cause large area of the circuit to be stopped.Therrfore,strengthen supervise to coupled capacitor insulate,adopt effective testing measures,insure coupled capacitors safety in running.They have special importance real meaning.

Key words :coupled capacitor;insulate;run

0 引言

接地技术最早是应用在强电系统(电力系统、输变电设备、电气设备)中,为了设备和人身的安全,将接地线直接接在大地上。由于大地的电容非常大,一般情况下可以将大地的电位视为零电位。后来,接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上,当电流通过该参考电位时,不应产生电压降。然而由于不合理的接地,反而会引入了电磁干扰,比如共地线干扰、地坏路干扰等,从而导致电力电子设备工作不正常。可见,接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一,有必要对接地技术进行详细探讨。

1 接地方式

1.1 单点接地

工作频率低(<1MHz)的采用单点接地式(即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点,所有对地连接都接到这一点上,并设置一个安全接地螺栓),以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单元接地方式又分为串联和并联两种,由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合,所以低频电路最好采用并联的单点接地式。

为防止工频和其它杂散电流在信号线上产生干

扰,信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连(浮地式除外)。

地线的长度与截面的关系为:S >0.83L 式中 L )))地线的长度,m; S )))地线的截面,mm 2

。1.2 多点接地

工作频率高(>30MHz)的采用多点接地式(即在该电路系统中,用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路)。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比,工作频率高时将增加共地阻抗,从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰,所以要求地线的长度尽量短。1.3 混合接地

工作频率介于1~30MHz 的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时,采用单点接地式,否则采用多点接地式。

2 接地电阻

2.1 对接地电阻的要求

接地电阻越小越好,因为当有电流流过接地电阻时,其上将产生电压。该电压除产生共地阻抗的电磁干扰外,还会使设备受到反击伤害的威胁。因此一般要求接地电阻小于48;对于移动设备,接地电阻可小于108。

收稿日期:2008-12-01;修订日期:2009-01-04

作者简介:吕林强(1972-),男,山东郓城人,电气工程师,现在七煤集团公司新建煤矿从事电气技术工作。

第28卷第2期

2009年2月

煤 炭 技 术Coal Technology

Vol 128,No 102Feb,2009

2.2 降低接地电阻的方法

接地电阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降低接地电阻的方法有以下三种:

(1)降低接地线电阻:为此要选用总截面大和长度短的多股细导线。

(2)降低接触电阻:为此要将接地线与接地螺栓、接地极紧密又牢靠地连接,并要增加接地极和土壤之间的接触面积与紧密度。

(3)降低地电阻:为此要增加接地极的表面积和增加土壤的导电率(如在土壤中注入盐水)。2.3 接地电阻的计算

垂直接地极接地电阻R 为:R =0.366(Q /L )lg(4L /d )式中 Q )))土壤电阻率,8#m; d )))接地极的直径,m 。

例如,黄土Q 取2008#m,L 为2cm,d 为0.05m,则垂直接地极接地电阻R 为80.678。如在土壤中注入盐水,使Q 降为208#m 时,则接地极接地电阻R 为8.0678。

3 设备接地

一台设备要实现设计要求,往往含有多种电路,比如低电平的信号电路(如高频电路、数字电路、模拟电路等)、高电平的功率电路(如供电电路、继电器电路等)。为了安装电路板和其它元器件、为了抵抗外界电磁干扰而需要设备具有一定机械强度和屏蔽效能的外壳。典型设备的接地如图1

所示。

图1 设备的接地

设备的接地应当注意以下几点:

(1)50Hz 电源零线应接到安全接地螺栓处,对于独立的设备,安全接地螺栓设在设备金属外壳上,并有良好电连接。

(2)为防止机壳带电,危及人身安全,不许用电源零线作地线代替机壳地线。

(3)为防止高压电、大电流和强功率电路(如供

电路、继电器电路)对低电平电路(如高频电路、数字电路、模拟电路等)的干扰,将它们的接地分开。前者为功率地(强电地),后者为信号地(弱电地),而信号地又分为数字地和模拟地,信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。

4 系统接地

当多个设备组成一个系统时,系统的接地如图2

所示。

图2 系统的接地

系统的接地应当注意以下几点:(1)参照设备的接地注意事项;

(2)设备外壳用设备外壳地线和机柜外壳相连;(3)机柜外壳用机柜外地壳地线和系统外壳相连;

(4)对于系统,安全接地螺栓设在系统金属外壳上,并有良好电连接;

(5)当系统用三相电源供电时,由于各负载用电量和用电的不同时性,必然导致三相不平衡,造成三相电源中心点电位偏移,为此将电源零线接到安全接地螺栓上;

(6)接地极用镀锌钢管,其外直径不小于50mm,长度不小于2.0m;埋设时,将接地极打入地表层一定深度、并倒入盐水,一般要求接地电阻小于48,对于移动设备,接地电阻可小于108。

5 结束语

为了设备和人身的安全以及电力设备正常可靠的工作必须研究接地技术。接地可直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上。不合理的接地反而会引入电磁干扰,导致电力电子设备工作不正常。因此,接地技术是电磁兼容中的重要技术之一,应当充分重视对接地技术的研究。

(责任编辑 王秀丽)

#44# 煤 炭 技 术 第27卷

电磁兼容 题库汇总

一、填空题(每空0.5分,共20分) 1.构成电磁干扰的三要素是【干扰源】、【传输通道】和【接收器】;如果按照传输途径划分,电磁干扰可分为【传导干扰】和【辐射干扰】。 2.电磁兼容裕量是指【抗扰度限值】和【发射限值】之间的差值。 3.抑制电磁干扰的三大技术措施是【滤波】、【屏蔽】和【接地】。 4.常见的机电类产品的电磁兼容标志有中国的【CCC】标志、欧洲的【CE】标志和美国的【FCC】 标志。 5. IEC/TC77主要负责指定频率低于【9kHz】和【开关操作】等引起的高频瞬间发射的抗扰性标准。 6.电容性干扰的干扰量是【变化的电场】;电感性干扰在干扰源和接受体之间存在【交连的磁通】;电路性干扰是经【公共阻抗】耦合产生的。 7.辐射干扰源可归纳为【电偶极子】辐射和【磁偶极子】辐射。如果根据场区远近划分,【近区场】主要是干扰源的感应场,而【远区场】呈现出辐射场特性。 8.随着频率的【增加】,孔隙的泄漏越来越严重。因此,金属网对【微波或超高频】频段不具备屏蔽效能。 9.电磁干扰耦合通道非线性作用模式有互调制、【交叉调制】和【直接混频】 10.静电屏蔽必须具备完整的【屏蔽导体】和良好的【接地】。 11.电磁屏蔽的材料特性主要由它的【电导率】和【磁导率】所决定。 12.滤波器按工作原理分为【反射式滤波器】和【吸收式滤波器】,其中一种是由有耗元件如【铁氧体】材料所组成的。 13.设U1和U2分别是接入滤波器前后信号源在同一负载阻抗上建立的电压,则插入损耗可定义为【20lg(U2/U1)】分贝。 14.多级电路的接地点应选择在【低电平级】电路的输入端。 15.电子设备的信号接地方式有【单点接地】、【多点接地】、【混合接地】和【悬浮接地】。其中,若设备工作频率高于10MHz,应采用【多点接地】方式。二、简答题(每题5分,共20分) 1.电磁兼容的基本概念? 答:电磁兼容一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能够执行各自功能的共存状态,即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作,且不对该环境中任何其它设备构成不能承担的电磁骚扰的能力。或者说,电磁兼容是指电子线路、设备、系统相互不影响,从电磁角度具有相容性的状态。 2.电磁屏蔽的基本概念和原理? 答:电磁屏蔽是以某种材料(导电体或导磁体)制成的屏蔽壳体,将需要屏蔽的区域封闭起来,形成电磁隔离,即其内的电磁场不能越出这一区域,而外来的辐射电磁场不能进入这一区域(或者进入该区域的电磁能量将受到很大的衰减)。 3.高频、低频磁场屏蔽措施的主要区别? 答:(1)高频磁场屏蔽采用低电阻率的良导体材料,如铜、铝等。其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的。 (2)低频磁场屏蔽常用高磁导率的铁磁材料,如铁、硅钢片坡莫合金。其屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导率对干扰磁场进行分路。 4.接地的基本概念和作用? 答:(1)接地是指系统的某一选定点与某个接地面之间建立低阻的导电通路。

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电磁兼容EMC设计及测试技巧 摘要:针对当前严峻的电磁环境,分析了电磁干扰的来源,通过产品开发流程的分解,融入电磁兼容设计,从原理图设计、PCB设计、元器件选型、系统布线、系统接地等方面逐步分析,总结概括电磁兼容设计要点,最后,介绍了电磁兼容测试的相关内容。 当前,日益恶化的电磁环境,使我们逐渐关注设备的工作环境,日益关注电磁环境对电子设备的影响,从设计开始,融入电磁兼容设计,使电子设备更可靠的工作。 电磁兼容设计主要包含浪涌(冲击)抗扰度、振铃波浪涌抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度、工频电源谐波抗扰度、静电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、脉冲磁场抗扰度、传导骚扰、辐射骚扰、射频场感应的传导抗扰度等相关设计。 电磁干扰的主要形式 电磁干扰主要是通过传导和辐射方式进入系统,影响系统工作,其他的方式还有共阻抗耦合和感应耦合。 传导:传导耦合即通过导电媒质将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上,属频率较低的部分(低于 30MHz)。在我们的产品中传导耦合的途径通常包括电源线、信号线、互连线、接地导体等。 辐射:通过空间将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上,属频率较高的部分(高于30MHz)。辐射的途径通过空间传递,在我们电路中引入和产生的辐射干扰主要是各种导线形成的天线效应。 共阻抗耦合:当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时出现的相互干扰。在电源线和接地导体上传导的骚扰电流,多以这种方式引入到敏感电路。 感应耦合:通过互感原理,将在一条回路里传输的电信号,感应到另一条回路对其造成干扰。分为电感应和磁感应两种。 对这几种途径产生的干扰我们应采用的相应对策:传导采取滤波(如我们设计中每个IC的片头电容就是起滤波作用),辐射干扰采用减少天线效应(如信号贴近地线走)、屏蔽和接地等措施,就能够大大提高产品的抵抗电磁干扰的能力,也可以有效的降低对外界的电磁干扰。 电磁兼容设计 对于一个新项目的研发设计过程,电磁兼容设计需要贯穿整个过程,在设计中考虑到电磁兼容方面的设计,才不致于返工,避免重复研发,可以缩短整个产品的上市时间,提高企业的效益。 一个项目从研发到投向市场需要经过需求分析、项目立项、项目概要设计、项目详细设计、样品试制、功能测试、电磁兼容测试、项目投产、投向市场等几个阶段。 在需求分析阶段,要进行产品市场分析、现场调研,挖掘对项目有用信息,整合项目发展前景,详细整理项目产品工作环境,实地考察安装位置,是否对安装有所限制空间,工作环境是否特殊,是否有腐蚀、潮湿、高温等,周围设备的工作情况,是否有恶劣的电磁环境,是否受限与其他设备,产品的研制成功能否大大提高生产效率,或者能否给人们的生活或工作环境带来很大的方便,操作使用方式能否容易被人们所

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电磁兼容中的接地技术 【摘要】当前信息化时代,电子电磁设备在人们日常生活中的应用越来越广泛,同时电磁兼容设备的安全性和可靠性也成为了重点关注问题。为了解决这一问题,需要通过电磁兼容原理,电磁兼容设备的接地种类,以及每种接地方式的适用范围出发,合理搭配接地方式,让电磁兼容设备的安全性和稳定性系数达到最高,从而符合建设生态经济的需求。 【关键词】电磁兼容接地技术电磁干扰 1 引言 电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。现代科技飞速发展,尤其电子技术中每18个月就完全更新一次,电子电磁设备的集成度越来越高,设备运转的频率不断提高,电子设备时所产生的电磁辐射对人们的通信和身体健康带来的影响越来越大。设备的电磁兼容性已经受到了全世界电子产品行业的广泛关注。 2 电磁干扰的危害 2.1 影响无线电传输 现代社会,手机,电脑,无线通讯遍布世界每一个角落,电磁干扰也逐步成为环境污染的重点监控对象。尤其是科技的发展,电磁干扰让短波电台的传播距离大大下降。电磁干扰是无线电传输的大敌。 2.2 电磁干扰导致设备功率提高 由于电磁干扰,以前的设备功率远远不能满足当前的通信需求,设备功率竞赛在各行各业中展开,电磁设备的功率增加,从而进一步的加剧的电磁干扰和电磁污染,同时功率过大的电磁设备容易影响人的脑电波,造成失眠,心烦的不良症状。 2.3 电磁干扰对设备危害较大 电磁干扰直接降低了设备的各项性能指标,例如,对于话音系统的影响,导致通信话音断断续续,语言不清晰;对于图像显示系统,电视机产生雪花点,干扰飞机飞行和雷达工作;对电子计算机的计算和信息传递,电磁干扰下电子计算机误码率升高;对指针仪表系统,在航空,航海领域中,仪表指针由于电磁干扰而指示不准确;对于自动控制系统的影响,灵敏电机,低压开关,继电器等都会降低其工作准确性。

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电磁兼容中的接地技术 大连现代高技术公司郭云松张子东姚淳郭祥玉 摘要:讨论了电磁兼容中的接地技术,包括接地的种类和目的、接地方式、接地电阻的计算以及设备和系统的接地等。其主要目的在于提高电力电子设备的电磁兼容能力。 关键词:接地技术;电磁兼容;干扰 1 引言 接地技术最早是应用在强电系统(电力系统、输变电设备、电气设备)中,为了设备和人身的安全,将接地线直接接在大地上。由于大地的电容非常大,一般情况下可以将大地的电位视为零电位。后来,接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上,当电流通过该参考电位时,不应产生电压降。然而由于不合理的接地,反而会引入了电磁干扰,比如共地线干扰、地环路干扰等,从而导致电力电子设备工作不正常。可见,接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一,有必要对接地技术进行详细探讨。 2 接地的种类和目的 电力电子设备一般是为以下几种目的而接地: 2.1 安全接地 安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷,产生静电放电而危及设备和人身安全;二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时,促使电源的保护动作而切断电源,以便保护工作人员的安全。 2.2 防雷接地 当电力电子设备遇雷击时,不论是直接雷击还是感应雷击,电力电子设备都将受到极大伤害。为防止雷击而设置避雷针,以防雷击时危及设备和人身安全。 上述两种接地主要为安全考虑,均要直接接在大地上。 2.3 工作接地 工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时,视为相对的零电位。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化,从而导致电路系统工作的不稳定。当该基准电位与大地连接时,基准电位视为大地的零电位,而不会随着外界电磁场的变化而变化。但是不正确的工作接地反而会增加干扰。比如共地线干扰、地环路干扰等。

ANSYS电磁兼容仿真软件

ANSYS电磁兼容仿真设计软件 用途:用于电子系统电磁兼容分析,包括PCB信号完整性、电源完整性和电磁辐射协同仿真,数模混合电路的噪声分析和抑制,以及机箱系统屏蔽效能和电磁泄漏仿真,确保系统的电磁干扰和电磁兼容性能满足要求。 一、购置理由 1现代电子系统设计面临越来越恶劣的电磁工作环境,一方面电子系统包括了电源模块、信号处理、计算机控制、传感与机电控制、光电系统及天线与微波电路等部分,系统内部相互不发生干扰,正常工作,本身就非常困难;另一方面,在隐身、电子对抗、静放电,雷击和电磁脉冲干扰等恶劣电磁环境下,设备还需要有足够的抗干扰能力,为电路正常工作留有足够的设计裕量。为了确保xx系统的工作可靠性,设备必须通过相关的电磁兼容标准,如国军标GJB151A,GJB152A。 长期以来,设备的电磁兼容设计和仿真一直缺乏必要的仿真设计手段,只能依赖于设备后期试验测试,不仅测量成本高昂,而且,如果EMI测量超标,后续的查找问题和修正问题基本上依赖于经验和猜测。而解决电磁兼容问题,也只能靠经验进行猜想和诊断,采取的措施也只能通过不断的试验进行验证,这已经成为制约我们产品进度的重要原因。。 2目前我所数字电路设计的经验和手段已经有很大改善,我们在复杂PCB布线、高速仿真方面取得了很多的成果和经验,并且已经开始高速通道设计的预研。在相关PCB布线工具的帮助下,将复杂的多电源系统PCB布通,确保集成电路之间的正确连接已经基本上没有问题。但是随着应用深入,也存在一些困难,特别在模拟数字转换、高速计算与传输PCB和系统的设计中,我们不仅要保证电路板的正常工作,还要提高关键性的技术指标,例如数模转换电路的有效位数、信号

关于电磁兼容系统中的接地问题探讨

关于电磁兼容系统中的接地问题探讨 发表时间:2017-06-14T10:37:25.690Z 来源:《电力设备》2017年第6期作者:汪成鹏李杜康张兴 [导读] 摘要:电磁兼容(EMC)是指电子设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。 (国网安徽省电力公司宣城供电公司安徽省 242300) 摘要:电磁兼容(EMC)是指电子设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。为了使电子设备和系统具有良好的电磁兼容性能,需要采取合理有效的方法抑制干扰源,消除或减弱干扰耦合,增加敏感部份抗干扰能力。这就要利用各种抑制干扰技术,包括合适的接地,良好的搭接,合理的布线、屏蔽、滤波和限幅等技术,而接地技术是实现设备电磁兼容性的重要环节。本文对接地常见问题进行分析,然后对接地技术进行探讨,以便于科研人员采用正确的接地方式来解决电磁干扰问题。 关键词:电磁兼容;接地;EMC;电磁干扰 1接地带来的常见问题 传统概念中的“接地”暗指:从直流性能的观点出发来考虑,“地”是一个零阻抗的等位面。但是,在EMC的概念中,它不适用,因为在研究电磁兼容时,所有的导体都有一定的阻抗(电阻或感抗),“地”也不例外,因此,流经该“地面”的任何电流在该阻抗上的压降都将在其表面导致各点的电位不同,接地系统中存在的典型问题是共阻抗耦合和地环路干扰。分别见图1和图2。 图1是共阻抗耦合,回路电流流经地平面,由于地平面上存在的阻抗造成了各系统的接地点的电位不同。如图所示,系统1(S1#)和系统2(S2#)的接地点的电位为: U1=(I1+I2)Z1 (1) U2=(I1+I2)Z1+I2Z2 (2) 从式(1)和式(2)可以看出,子S2#中产生的信号会包含在它的接地回路电流I2中,又通过I2Z1影响到S1#的接地电位U1,即子S1#的接地点以正比于子S2#中的信号的变化而变化。因此,子S2#中的信号将通过地的非零阻抗和两系统的公共地回路耦合到子S1#中。反之,子系统1中的信号会通过I1Z1影响子S2#的接地点电位U2。这就是共阻抗耦合如何产生的。 图2为地环路干扰,它是一种较常见的干扰现象,常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间。地环路包括地线与信号线构成的环路、地线与电源线构成的环路以及地线与地线构成的环路。地环路非常容易产生干扰,如,由于环路中电流的流动及电路的不平衡性产生的差模电压,对电路会造成干扰。当大功率设备共用环路地线时,在地线中引起较强电流,如果地线阻抗较大,则会产生干扰电压。高频电磁场会在环路中感应出环路电流,也会对电路造成干扰。 2电磁兼容中用到的接地方式 关于信号接地的方式基本上有2种:单点接地和多点接地。单点接地指的是系统中只有一点被定义为接地点,其他需要接地的信号接地线都直接接在该点上,如图3所示。使用单点接地的目的一是为了防止两个不同子系统中的电流使用相同的回路返回而产生共阻抗耦合;二是为了防止形成地回路,避免通过地回路的电流相互影响,防止引入地环路干扰。如果单点接地的连接线较长,可能会有很大的阻抗,而且这些连接线上的电流有可能向其他接地导线进行辐射,并在子系统之间产生耦合,产生辐射发射问题。因此,单点接地适合应用在低频子系统。而且低频电路中布线与元件间的杂散电感比较小,互相影响较小。单点基地又分为串联单点接地和并联单点接地。串联单点接地是指各子系统通过一点与接地母线相连,这样可以避免接地回路问题,如图3所示。各子系统接地点的电位为: U1=(I1+I2+I3)Z1 (3) U2=(I1+I2+I3)Z1+(I2+I3)Z2 (4) U3=(I1+I2+I3)Z1+(I2+I3)Z2+I3Z3 (5) 由式(3)至式(5)可知,各子系统接地点的电位不仅不为零,而且还受其他系统的影响。因此,从防止噪声和抑制干扰的角度出发,这种接地方式不太适用。但这种接地方式的优点在于结构比较简单,各系统的接地线较短、阻抗较小。在选择串联单点接地时,为了尽量降低重叠的地线对各子系统之间的干扰,各子系统与接地母线的连接线长度应小于λ/20;而多级电路的接地点应选在低电平电路的输入端,使该端最接近于基准电位,同时输入级的接地线也可缩短,使受干扰的可能性最小。并联单点接地指的是各系统的接地线连接在一起,然后与一个公共接地点相连,如图4所示。各子系统接地点的电位为: U1=I1Z1;U2=I2Z2;U3=I3Z3 (6) 从式(6)可以看出,各子系统的接地点电位仅与各自的地电流以及地线阻抗有关,不受其它系统影响,可以避免地线共阻抗耦合问题,并有效降低各部件之间的直接传导耦合。在使用并联单点接地时,对子系统很多的情况,需要很多根地线,且长度可能较长,地线阻抗增加,这些导线上的回路电流有可能向其他接地导线进行有效辐射,并在子系统之间产生耦合,因此并联单点接地不适用于高频系统。

电磁兼容中接地技术详解

电磁兼容中接地技术详解 接地是电路或系统正常工作的基本技术要求之一,也是EMC性能高低之关键因素。在电子设备中,合理地应用接地技术,能抑制电磁噪声,大大提高系统的抗干扰能力,减少EMI。并且良好的接地对电磁场有很好的屏蔽作用,能释放设备机壳上积累的大量的电荷,从而避免产生静电放电效应。 在设计一个产品时,在设计期间就考虑到接地是最经济的方法。一个设计良好的接地系统,不仅从PCB,而且能从系统的角度防止辐射和进行系敏感度的防护。 有关接地系统所关心的重要领域包括: ①通过对高频元件的仔细布局,减小电流环路的面积或使其极小化。 ②对PCB或系统分区时,使高带宽的高频电路与低频电路分开。 ③设计PCB或系统时,使干扰电流不通过公共的接地回路影响其他电路。 ④仔细选择接地点以使环路电流,接地阻抗及电路的转移阻抗最小。 ⑤把通过接地系统的电流考虑为注入或从电路中流出的噪声。 ⑥把非常敏感的(低噪声容限)的电路连接到一稳定的接地参考源上。

首先了解一下接地的分类及相关定义,根据接地的作用不同,将设备的“地”分成以下3大类: 工作地 工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时,视为相对的零电位。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化,从而导致电路系统工作的不稳定。当该基准电位与大地连接时,基准电位视为大地的零电位而不会随着外界电磁场的变化而变化。 根据电路的性质,将工作接地分为不同的种类,比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分别设置。 这里重点介绍信号地和功率地: 信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。信号地的较好定义是信号流回源的一个低阻抗路径。这个定义突出了电流的流动。当电流流过有限阻抗时,必然会导致电压降,因此这个定义反映了实际地线上的电位情况。 功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高,所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其它弱电地分别设置。 安全地

电磁兼容性(EMC)仿真

设计早期对电磁兼容性(EMC)问题的考虑 随着产品复杂性和密集度的提高以及设计周期的不断缩短,在设计周期的后期解决电磁兼容性(EMC)问题变得越来越不切合实际。在较高的频率下,你通常用来计算EMC的经验法则不再适用,而且你还可能容易误用这些经验法则。结果,70%~90%的新设计都没有通过第一次EMC测试,从而使后期重设计成本很高,如果制造商延误产品发货日期,损失的销售费用就更大。为了以低得多的成本确定并解决问题,设计师应该考虑在设计过程中及早采用协作式的、基于概念分析的EMC仿真。 较高的时钟速率会加大满足电磁兼容性需求的难度。在千兆赫兹领域,机壳谐振次数增加会增强电磁辐射,使得孔径和缝隙都成了问题;专用集成电路(ASIC)散热片也会加大电磁辐射。此外,管理机构正在制定规章来保证越来越高的频率下的顺应性。再则,当工程师打算把辐射器设计到系统中时,对集成无线功能(如Wi-Fi、蓝牙、WiMax、UWB)这一趋势提出了进一步的挑战。 传统的电磁兼容设计方法 正常情况下,电气硬件设计人员和机械设计人员在考虑电磁兼容问题时各自为政,彼此之间根本不沟通或很少沟通。他们在设计期间经常使用经验法则,希望这些法则足以满足其设计的器件要求。在设计达到较高频率从而在测试中导致失败时,这些电磁兼容设计规则有不少变得陈旧过时。 在设计阶段之后,设计师制造原型并对其进行电磁兼容性测试。当设计中考虑电磁兼容性太晚时,这一过程往往会出现种种EMC问

题。对设计进行昂贵的修复通常是唯一可行的选择。当设计从系统概念设计转入具体设计再到验证阶段时,设计修改常常会增加一个数量级以上。所以,对设计作出一次修改,在概念设计阶段只耗费100美元,到了测试阶段可能要耗费几十万美元以上,更不用提对面市时间的负面影响了。

电磁兼容设计 系列(一)

电磁兼容设计系列(一) 随着电子产品向着小型化、数字化、集成化、综合化、高速化、高频化以及网络化的方向快速发展,电磁兼容问题变得越来突出,已成为制约电子产品功能实现的重要原因。因此如何有效地进行电磁兼容设计及整改已成为了当前研 究的热点。 下面先从电磁兼容的概念进行介绍。国家军用标准GJB72-85:《电磁干扰和电磁兼容性名词术语》中电磁兼容性的定义为:“设备(分系统、系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即:该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许 的降级;它也不会使同一电磁环境中其它设备(分系统、系统)因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级”。 因此,满足电磁兼容性,不仅要求设备(分系统、系统)能按设计要求完成其功能,而且还要满足不产生超过规定限度的电磁发射要求,同时还要有一定的抗干扰能力。其中电磁兼容中的“发射”既包含传导发射,也包含辐射发射。辐射发射是指通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量[1];传导发射是指沿电源线、控制线或信号线传输的电磁能量[1]。此外还涉及到与抗干扰能力相关的电磁兼容术语“电磁敏感性”,其是指当存在电磁骚扰的情况下,设备(分系统、

系统)不能避免性能降低的能力。实际上,电磁敏感性反映的是设备(分系统、系统)抗干扰的能力,敏感性越高,则抗扰能力越低,设备(分系统、系统)在电磁骚扰下就越容易导致或遭受不允许的降级。 按照电磁兼容研究对象可以分为:环境级、复杂系统级、设备(分系统级、系统)级、电路级、元器件级电磁兼容。需要注意的是“系统”与“分系统”的概念是相对的,因为在“系统”的定义中若排除操作人员,那么同一物理系统在某一环境中可能被认为是“分系统”,而在另一环境中也可能被认为是“系统”,例如车载通信系统可以被认为是电子战系统的分系统,然而当其单独执行通信任务时可以被认为是相对独立的系统[1]。基本概念了解之后,下面介绍电子系统的电磁兼容产生条件。一般地,电磁干扰源发出的电磁干扰能量,通过耦合通道传输至敏感系统,导致敏感系统出现响应,我们称这一作用过程及其效果称为电磁干扰效应。如果电磁干扰效应表现为敏感系统发生有限度的功能降级,就产生了电磁兼容性问题。不论复杂系统还是简单电路,任何一个电磁兼容问题的产生必须具备三个基本条件:首先应该具有电磁干扰源,即要有产生电磁能量的物体或现象,如有开关动作的继电器、汽车的点火系统、大功率雷达、雷电放电等;其次还要有传输干扰能量的路径或通道;第三有被干扰对象即敏感设备功能的有限度降级。对于任何电子系统,既可能是

电磁兼容技术报告

任何一个电子设备、分系统、系统以至复杂的系统工程,要能达到设计的指标和正常运行,只考虑电性能的设计是不够的,还必须同步进行EMC设计。否则,在产品定型或系统组建后再发现电磁兼容问题,将会带来许多麻烦,甚至不可挽回的损失。 EMC学科的建立和一系列电磁兼容标准的制定,为我们从理论与实践的结合上实现产品或系统的电磁兼容提供了指导。电磁兼容的工作应从设备或系统研制的初期,即方案论证阶段就开始考虑,并贯穿研制过程的各个阶段。而EMC设计则是实现设备或系统电磁兼容的关键环节。有资料表明,进行EMC设计,可以使90%左右的干扰得以控制。 EMC设计的最终目的是为了使我们的设备或系统能在预定的电磁环境中正常、稳定的工作,无性能降低或无故障,并对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰,即实现电磁兼容。 EMC设计的目标是通过EMC测试和认证。 EMC设计涉及的内容很多。总括来说,主要是对系统之间及系统内部的电磁兼容性进行分析、预测和控制。从原理上讲,要研究干扰的三要素(干扰源、干扰的耦合通道和接收器)和抑制干扰的措施等。从技术上来说,主要是如何运用滤波、接地和屏蔽三大技术。滤波是消除传导干扰(低频)的最好方法,屏蔽对高频辐射干扰的隔离比较有效。合理的接地会减小地环路的干扰电流。 电磁兼容设计的基本原则和方法,首先是根据电磁兼容的有关标准和规范,把产品设计对EMC提出的指标要求分解成元器件级、电路级、模块级和产品级的指标要求,再按照各级要实现的功能要求,逐级分层次的进行设计。下面以计算机为例,谈谈EMC设计的粗浅认识。 一、计算机系统工作的特点 数字计算机是一个含有多种元器件和许多分系统的复杂的信息技术设备(ITE)。外来的电磁骚扰,内部元器件之间、分系统之间的相互窜扰等,对计算机及其传送的信息所产生的干扰与破坏,严重地威胁着计算机工作的稳定性、可

电子系统的电磁兼容性设计

电子系统的电磁兼容性设计 【摘要】:现代电子设备都是在复杂电磁环境下运行的。针对电磁干扰常导致电子设备故障甚至安全事故,探讨了电子系统的电磁兼容性设计。文中对电磁干扰源作了剖析,论述了电磁兼容性设计理念,研究了抗电磁干扰的设计机理,针对电子设备常出现的故障,提出了抗电磁干扰的技术措施。以某控制设备电磁兼容性设计采取的具体技术措施为例,验证了抗电磁干扰的良好效果,显著提高了控制设备的安全可靠性。工程实践表明,最重要的抗电磁干扰技术措施是系统的良好接地和屏蔽以及合理布线。 随着微电子技术的快速发展,电子设备应用越来越广泛,电子系统的集成度越来越高,但是在复杂电磁环境下,电子系统对电磁干扰有明显的敏感性和脆弱性。为了减少故障并杜绝事故的发生,必须对电子设备进行电磁兼容性设计。只要电子电气设备通电就会产生电磁场,电生磁,磁生电,因此电磁环境是非常复杂的,一方面要求使用电子设备时对周围的电磁环境不造成污染,另一方面也要求该电子设备在现实电磁环境应用中不至于性能下降或发生故障以致产生严重事故。因此必须对电子设备的电磁兼容性进行研究,对电磁导致的干扰进行控制与防护。基于电磁兼容性设计的重要性,以下对相关问题作某些探讨。 1 常见的电磁干扰现象及其分析电磁及其感应现象是普遍存在的,因此电子系统的电磁工作环境是非常复杂的。从工程应用角度,电磁干扰按工作频率的不同可将其进行分类。例如,一般电网中普遍存在谐波信号电压波动、电网频率变化与低频感应电压、电网电压不平衡、电网供电波动短暂下降与短时间中断等导致的低频传导干扰,磁场与电场的低频辐射干扰;由于感应连续波电压电流的振荡瞬变与单向瞬变引起的高频传导干扰,电磁场(连续波、瞬态)与磁场、电场导致的高频辐射干扰;由于材料的绝缘性能导致的静电放电干扰等。上述提及的干扰包含了工程应用中绝大多数的电磁干扰现象。 在对电子系统进行抗干扰性能分析时,必须对导致系统的固有特性及其应用环境进行综合分析。电子电路系统中可能出现的电磁干扰类型有:例如,由于存在电路回路的公共阻抗耦合,因而导致电路性的相互干扰;由于干扰源与干扰对象之间存在着变化的电场,通过电容耦合可能形成电容性干扰,因其会产生干扰电压; 空间电磁波的电、磁场强度变化,

电磁兼容设计中有哪些接地技术

电磁兼容设计中有哪些接地技术 电磁兼容中的接地技术,包括接地的种类和目的、接地方式、接地电阻的计算以及设备和系统的接地等。其主要目的在于提高电力电子设备的电磁兼容能力。 1.接地技术最早是应用在强电系统(电力系统、输变电设备、电气设备)中,为了设备和人身的安全,将接地线直接接在大地上。由于大地的电容非常大,一般情况下可以将大地的电位视为零电位。后来,接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上,当电流通过该参考电位时,不应产生电压降。然而由于不合理的接地,反而会引入了电磁干扰,比如共地线干扰、地环路干扰等,从而导致电力电子设备工作不正常。可见,接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一。 接地的种类和目的 电力电子设备一般是为以下几种目的而接地: 2.1 安全接地 安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷,产生静电放电而危及设备和人身安全;二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时,促使电源的保护动作而切断电源,以便保护工作人员的安全。 2.2 防雷接地 当电力电子设备遇雷击时,不论是直接雷击还是感应雷击,电力电子设备都将受到极大伤害。为防止雷击而设置避雷针,以防雷击时危及设备和人身安全。 上述两种接地主要为安全考虑,均要直接接在大地上。 2.3 工作接地 工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时,视为相对的零电位。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化,从而导致电路系统工作的不稳定。当该基准电位与大地连接时,基准电位视为大地的零电位,而不会随着外界电磁场的变化而变化。但

电磁兼容原理、技术及应用部分课后答案最新供参考版

第一章 P dBW = 1 0lg P 、 U dBV =20lg U 、 I dBA =20lg I 第二章 2、电磁干扰的三要素是什么? 答:骚扰源、耦合通道、敏感单元 自然骚扰和人为骚扰 功能性骚扰和非功能性骚扰 传导骚扰和辐射骚扰 宽频骚扰和窄频骚扰 甚低频骚扰、工频与音频骚扰、载频骚扰、射频及视频骚 扰、微波骚扰 6、电磁骚扰的传播主要有哪些途径? 答:传导耦合、磁场耦合、电场耦合、辐 射耦合 7、为什么要对电流返回路径格外重视? 答: ( 1)任何电流都要返回其源,对于高频电流,如果我们能给他提供一个通 路,他就可 能(主要)沿着这条通路走,如果不提供这种通路,他就会自己找到 通路(不在控制之中) 。 ( 2)电流总是沿着最小阻抗路线走 12、影响磁场耦合的通路有哪些?如何减小其影响? 答:(1) -jwBscos 0、被干扰电路中的源阻抗和负载阻抗、正弦磁通密度、角频 率、闭合回路面积、磁通密度与回路面的夹角 ( 2)降低骚扰电流的频率、减小回路之间的互感、减小被干扰回路的负载阻抗 13 、影响电场耦合的因素有哪些?如何减小其影响? 答:( 1)骚扰源的频率、骚扰电压、骚扰电路、耦合电容、被干扰回路的源阻抗 和负载阻抗。 ( 2)减小骚扰电压、 降低骚扰电压频率、 减小被干扰回路中源阻抗和负 载阻抗的并联、 减小电路之间的耦合电容, 可适当增大电路间距离、 采取屏蔽 措施。 第三章 屏蔽按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁场屏蔽、编织带屏蔽。 1 、 静电屏蔽的原理是什么? 答: 导体置于静电场中并到达静电平衡后,该导体是一个等位体,内部电场为 零,导体内部没有静电荷,电荷只能分布在导体表面。 若该导体内部有空腔, 空腔中也没有电场,空腔导体起到了隔绝外部静电场的作用。 如将带电体置于 空腔导体内部,会在空腔导体表面感应出等量电荷。 如果把空腔导体接地,不 会在导体外部产生电场。 3、常见的电磁骚扰源有哪些?如何分类? 答:( 1)从来源分: ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) 从骚扰属性分: 从耦合方式分: 从频谱宽度分: 从频率范围分:

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