电力电子系统电磁兼容设计基础及干扰抑制技术PDF电子书下载

第1篇 电磁兼容设计的基本原理 3

第1章 概述 3

1.1 电磁兼容-电磁干扰及电磁敏感度 3

1.2 电磁兼容性设计 5

1.3 电磁兼容性设计涉及到的技术及知识领域 6

1.4 电磁兼容设计的任务 8

1.5 电磁兼容设计中常用技术术语的定义 8

第2章 电磁干扰源--电磁噪声 9

2.1 电磁干扰源的一般分类 9

2.2 自然干扰源 9

2.3 人为干扰源 10

2.3.1 元器件的固有噪声 11

2.3.2 物理或化学噪声源 13

2.3.3 放电噪声 14

2.3.4 电磁波辐射噪声 19

2.3.5.1 功率半导体器件开关过程造成的电磁噪声 20

2.3.5 半导体器件开关过程和变流电路引起的噪声 20

2.3.5.2 整流电路造成的谐波干扰和电磁噪声 23

2.3.5.3 用PWM技术的各种电力电子电路造成的电磁噪声 25

2.3.5.4 高频开关电源造成的电磁噪声 31

第3章 电磁噪声耦合途径 33

3.1 电磁噪声传导耦合 34

3.1.1 直接传导耦合 34

3.1.1.1 电导性耦合 34

3.1.1.2 电感性耦合 39

3.1.1.3 电容性耦合 42

3.1.2 电磁噪声通过公共阻抗耦合 46

3.1.2.1 公共地阻抗耦合 47

3.1.2.2 公共电源阻抗耦合 49

3.1.3 转移阻抗耦合 50

3.2 电磁辐射耦合 52

3.2.1 静电场、感应电磁场和辐射电磁场 52

3.2.2.2 近场波阻抗 55

3.2.2.1 远场波阻抗 55

3.2.2 波阻抗 55

3.2.3 辐射对回路的远场耦合 56

3.2.4 辐射对回路的近场耦合 58

第2篇 电磁兼容设计及干扰抑制技术基础 61

第4章 屏蔽技术 61

4.1 概述 61

4.2 屏蔽的基本原理 61

4.2.1 电场屏蔽的基本原理 61

4.2.2 磁场屏蔽的基本原理 62

4.2.3 辐射电磁场屏蔽的基本原理 64

4.3 理想屏蔽体屏蔽效能的计算 65

4.3.1 衡量屏蔽体屏蔽效果的几种表示方法 65

4.3.2 电磁波的反射损耗R 66

4.3.3 电磁波的吸收损耗A 69

4.3.4 电磁波的多次反射损耗B 70

4.3.5 屏蔽效能的计算 71

4.4.1 缝隙的影响 72

4.4 不完整屏蔽对屏蔽效果的影响 72

4.4.2 开孔的影响 73

4.4.3 金属网的影响 74

4.4.4 薄膜及导电玻璃的影响 74

4.4.5 屏蔽电缆的影响 74

4.5 屏蔽体的设计 75

4.5.1 屏蔽体设计的一般原则 75

4.5.2 屏蔽层材料的选择 75

4.5.3 屏蔽体的结构设计 78

4.5.3.1 单层屏蔽结构与多层屏蔽结构 78

4.5.3.2 屏蔽体通风孔的结构设计 80

4.5.3.3 与屏蔽体外有关连的部件屏蔽结构设计 82

4.5.4 屏蔽体的工艺设计 88

第5章 接地 90

5.1 安全地子接地系统 90

5.1.1 防止设备漏电的安全接地 91

5.1.2 防雷安全接地 92

5.2.1 单点信号地系统 93

5.2.1.1 信号地线串联一点接地方式 93

5.2 信号地子系统 93

5.2.1.2 独立信号地线并联一点接地 94

5.2.2 多点地网或地平面信号地系统 94

5.2.2.1 地平面和地栅系统 94

5.2.3 混合信号地系统 96

5.2.3.1 串联和并联接地组成的混合低频信号接地系统 96

5.2.2.2 多点信号接地系统 96

5.2.3.2 单点与多点接地组成的高、低频混合信号接地系统 99

5.2.4 浮空信号地系统 99

5.3 机壳(架)地子系统 100

5.4 屏蔽地子系统 101

5.4.1 低电平、信号输入部分的屏蔽地子系统设计 101

5.4.1.1 低电平、低频信号屏蔽地子系统设计 101

5.4.1.2 低电平、高频信号屏蔽地子系统 108

5.5.1 集中控制组合装置的接地系统 109

5.4.2 高电平、功率输出部分的屏蔽地子系统设计 109

5.5 电子装置组织系统接地举例 109

5.5.2 大型分散组合系统的接地系统 110

5.5.3 计算机集中监控室的接地系统 111

第6章 滤波 113

6.1 概述 113

6.2 无源滤波器的基本概念 114

6.2.1 无源滤波器的四端网络特性及插入损耗 114

6.2.2 无源滤波器的基本电路 115

6.3 信号电路中用的无源滤波器 115

6.4 EMI滤波器 116

6.4.1 EMI滤波器的基本电路结构 116

6.4.2 EMI滤波器的阻抗失配问题 117

6.4.3 源阻抗和负载阻抗极端失配情况下建议的滤波器结构 119

6.4.4 电源EMI滤波器 121

6.4.4.1 电源EMI滤波器允许的最大串联电感 121

6.4.4.2 电源EMI滤波器允许的最大滤波电容 122

6.4.5 共模扼流圈在电源EMI滤波器中的应用 123

6.5 有损耗滤波元件及其在EMI滤波器中的应用 126

6.5.1 小工作电流下的阻尼EMI滤波器 126

6.5.2 较大电流下工作的阻尼EMI滤波器 129

6.5.2.1 小功率电力电子装置用的阻尼EMI滤波器 129

6.5.2.2 大功率电力电子装置用的阻尼EMI滤波器 130

6.5.3 人工集肤效应及在阻尼EMI滤波器中的应用 130

6.6.1 直流电源的公共阻抗及去耦 132

6.6 去耦滤波器 132

6.6.2 放大器的去耦滤波 136

6.6.3 电源高频去耦滤波 137

6.6.4 高速数字脉冲电路中用的电源去耦滤波 138

6.6.4.1 总体去耦滤波电容器 140

6.6.4.2 去耦滤波电容器的选择 140

6.6.4.3 去耦滤波电容器的位置安排 140

6.6.4.4 其他去耦办法 142

7.1.1 单级LC滤波器的设计 143

第7章 EMI滤波器的设计 143

7.1 电阻性阻抗及阻抗匹配情况下、单级EMI滤波器的设计 143

7.1.2 单级π型滤波器的设计 145

7.1.3 单级T型滤波器的设计 146

7.2 多级滤波器的设计 148

7.3 EMI滤波器最差阻抗匹配情况下插入损耗的计算 150

7.3.1 噪声源阻抗很低情况 151

7.3.2 离负载阻抗情况 151

7.3.3 已知噪声源阻抗情况 151

7.3.4 负载阻抗已知情况 152

7.4 阻抗失配条件下、EMI滤波器的阻抗匹配网络 152

7.4.1 EMI滤波器LC匹配网络的设计 153

7.4.2 其他电路结构EMI滤波器匹配网络的计算 156

7.4.2.1 低输入阻抗和高输出阻抗--CL结构 156

7.4.2.2 低输入阻抗和低输出阻抗--π结构 156

7.4.2.3 高输入阻抗和高输出阻抗--T结构 156

7.5 最差情况下EMI滤波器的设计步骤 156

7.5.1 实际六端口EMI滤波器等效四端网络电路的计算举例 158

7.5.2 多级电源EMI滤波器的设计 159

7.5.3 小功率电力电子装置用阻尼EMI滤波器设计 160

7.6 EMI滤波器的布局和装配 162

第8章 瞬态噪声抑制 165

8.1 触点开关噪声及其抑制 165

8.1.1 开关噪声及触头防护的基本原理 165

8.1.2 电感负载情况下的开关瞬态噪声抑制 168

8.1.2.2 电感负载情况下，接在开关两端的开关防护电路 169

8.1.2.1 接在电感负载两端的瞬态噪 声抑制网络 169

8.1.3 电阻负载情况下的开关防护 171

8.2 浪涌噪声及其防护 171

8.2.1 电涌保护器件 172

8.2.1.1 电涌保护器件的基本性能 172

8.2.1.2 电火花隙保护器件 172

8.2.1.3 金属氧化物变阻器 174

8.2.1.4 固体瞬态电压抑制器 177

8.2.2.1 电涌保护电路概述 178

8.2.2 电涌保护电路 178

8.2.2.2 非平衡线路信号通道输入端的保护 179

8.2.2.3 平衡线路信号通道输入端的保护 179

8.2.2.4 运算放大器的保护 180

8.2.2.5 直流电源的保护 181

8.2.3 瞬时噪声的时间回避防护方法 183

8.2.3.1 阻断信号通道 184

8.2.3.2 切断电源 185

第3篇 电力电子装置的谐波和电磁兼容标准与测量 189

第9章 电力电子装置产生的谐波干扰和危害 189

9.1 电力电子装置产生的谐波干扰 189

9.1.1 单相大功率整流器和逆变器 189

9.1.1.1 不考虑整流器换流的重叠角γ 189

9.1.1.2 考虑整流器换流时的重叠角γ 191

9.1.2 三相六脉整流器 192

9.1.3 工程实用分析 194

9.1.4.2 变压器Y/△接法 196

9.1.4 考虑整流变压器接法 196

9.1.4.1 变压器Y/Y接法 196

9.1.4.3 变压器Y/Y△接法 197

9.1.5 晶闸管交流调压器和调光器 198

9.1.5.1 电阻性负载分析 198

9.1.5.2 纯电阻情况 198

9.1.5.3 电感性负载时谐波分析 199

9.1.5.4 谐波最大值与延迟角的关系 201

9.1.6 PWM控制整流器的谐波 202

9.1.6.1 主电路和基本波形 202

9.1.6.2 PWM波形的产生 203

9.1.6.3 控制电路 203

9.1.6.4 短路脉冲 203

9.1.6.5 PWM整流的谐波分析 204

9.1.7 小结 205

9.2 谐波干扰的危害 205

9.2.1 电气设备增加损耗和过载 206

9.2.2 降低功率因数 207

9.2.3 谐波对电动机的影响 207

9.2.4 电容器过载、膨胀和损坏 208

9.2.5 测量仪表和继电器附加谐波误差 208

9.2.5.1 测量仪表 208

9.2.5.2 继电保护 209

9.2.6 谐波对录像和音响设备的干扰 209

9.2.7 谐波对通信电路的干扰 210

第10章 谐波的分析、标准和测量 212

10.1 谐波的分析 212

10.1.1 傅里叶级数分析 212

10.1.1.1 傅里叶级数公式 212

10.1.1.2 三相六脉整流器的电流波 212

10.1.1.3 整流器经Y/△变压器供电 213

10.1.1.4 三相12脉整流 214

10.1.1.5 三相24脉整流 216

10.1.1.6 36脉、48脉及更多脉的整流 218

10.1.2 离散傅里叶变换分析 219

10.1.3 快速傅里叶变换分析 221

10.1.3.1 为什么要用快速傅里叶变换 221

10.1.3.2 变量说明 221

10.1.3.3 程序流程框图 222

10.1.3.4 整序 223

10.1.3.5 程序举例 224

10.2 谐波干扰的允许水平和标准 226

10.2.1 概述 226

10.2.2 国外的谐波标准 227

10.2.2.1 谐波电压 227

10.2.2.2 谐波电流 228

10.2.3 我国的谐波标准 228

10.3.1 概述 230

10.3.2 示波器测量 230

10.3 谐波的测量方法和仪器 230

10.3.3 失真度仪 231

10.3.4 波形分析仪 231

10.3.5 DFT和FFT谐波分析仪 232

第11章 电力电子系统中谐波干扰的抑制技术 235

11.1 多脉和准多脉整流器 235

11.1.1 准24脉整流 235

11.1.2 准36脉及以上整流和衰减系数 237

11.1.3 实例 238

11.1.4 脉数的选择和经济性 240

11.2 用可关断电力电子器件和PWM技术减少谐波干扰 241

11.3 无源功率滤波和有源功率滤波 242

11.3.1 无源功率滤波器 242

11.3.2 有源功率滤波器 244

11.3.2.1 基本原理 244

11.3.2.2 补偿电流的产生 245

11.3.2.3 APF的控制方法 245

11.3.2.5 主电路及驱动电路 248

11.3.2.4 解调滤波器 248

11.3.2.6 实验模型装置 249

11.3.3 有源和无源功率滤波器结合的混合功率滤波器 250

第12章 EMC标准与测量 253

12.1 概述 253

12.2 EMC标准 253

12.2.1 EMC国际标准发展简介 253

12.2.2.2 美国EMC标准 256

12.2.2.3 世界上其他国家的EMC国家标准 256

12.2.2.1 欧洲EMC标准 256

12.2.2 世界各国EMC标准简介 256

12.2.2.4 我国的EMC标准 258

12.3 EMC测量基础 260

12.3.1 传导干扰测量原理 261

12.3.2 测量传导型EMI的仪器 265

12.3.2.1 EMI测量接收机 265

12.3.2.2 频谱分析仪 268

12.3.2.3 线路阻抗稳定网络LISN 269

12.3.2.4 电压探头和电流探头 271

12.4 传导型EMI及EMS的测量 271

12.4.1 传导型EMI的测量 272

12.4.1.1 测量传导干扰电压 272

12.4.1.2 测量传导干扰电流 275

12.4.1.3 瞬态脉冲强度的测量 277

12.4.2 传导型敏感度EMS的测试 278

12.4.2.1 脉冲冲击试验 279

12.4.2.2 高频干扰测试 281

12.4.2.3 静电放电(ESD)测试 284

12.4.2.4 快速瞬变脉冲和脉冲群测试 286

12.4.2.5 其他EMS测试 288

12.5 辐射型EMI及EMS的测量 291

12.5.1 试验场地 291

12.5.2 辐射EMC测试设备及测试方法 295

附录 书中所用符号说明 296

参考资料 300