1、电磁兼容性 Electromagnetic Compatibility,定义： 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。 对于电气或电子设备的制造来说，应在设计阶段的一开始就将EMC考虑进去。在设备制造时也应将EMC加以应用。建筑设计师、安装者、网络工程师与承包商，都要对EMC加以关注。目的是为了避免设备干扰和干扰的产生。,EMC简介 定义,EMC简介为什么需要EMC,EMC是强制性的 许多标准涉及到EMC（IEC、CEN、国家标准机构等） EMC存在于所有技术领域 许多技术问题与EMC有关 在开始阶段考虑EMC可以节省80%的费用示例： CPU故
2、障 通信故障 断路器误脱扣 接口故障或损坏 模拟测量干扰 功能异常或报警 闪变、ESD（静电，放电）、过电压干扰与故障 中性线对地故障,在研发结束后 超过30%（平均值）并且最高可达2或10倍的总成本在研发期间 在总成本的5%至10%之间在研发的早期阶段 在总成本的1%至4%之间在早期阶段考虑EMC可以节省大量费用并且能够避免许多重要问题,EMC简介 EMC相关成本,EMC简介如何定义EMC问题,定义 干扰源,描述干扰传输方式,易受干扰的设备,干扰源,耦合,被干扰设备,辐射 传导,公共阻抗耦合电容耦合电感耦合场对电缆耦合共模环路耦合,任何电气与电子设备,EMC简介基本量,EMC简介 常见干扰源
3、,雷电,脉冲电路,ESD,无线通信,感性负载通断,直流电机 变频调速器,传导：通过电缆干扰 闪变 电压跌落 电力线传输 电压不平衡度 频率偏差 感应电压 电压中断 过电压（跳闸、雷电波） 谐波辐射： 通过大气干扰 磁场（变压器、感应炉、短路电流 、馈线等） 电场（高压线、馈线） 雷击,EMC简介低频现象（ 100 kHz）,EMC简介低频值,传导：通过电缆干扰 感应电压或电流 阶跃瞬变 振荡瞬变辐射： 通过大气干扰 电磁场（广播与电信发射器、雷达等） 电弧与电花光谱（击穿电弧、雷击电弧、开关触点等） 静电 HEMP （大气电磁脉冲）,EMC简介高频现象（ 100 kHz ）,EMC简介高频值,
4、耦合的类型差模,耦合的类型共模,干扰耦合的种类,公共阻抗或电流耦合电容耦合电感耦合辐射耦合： 电磁场对电缆 电磁场对环路,公共阻抗或电流耦合,接地系统安装不当 多个电源采用共同回路 由于以下接地电流引发接地环路效应： 电源故障 雷电电流,设备1,设备2,信号电缆,电势差,被干扰电源,电源故障,雷电,公共阻抗或电流耦合,改进措施 减小公共阻抗 减小干扰电流值,设备1,设备2,被干扰电缆,高电势差,信号电缆,如果电缆较长， 则阻抗会增加,设备1,设备2,被干扰电缆,低电势差,缩短相互连接的电 缆长度可以减小设 备间的公共阻抗,电容耦合,电容耦合随以下量增大： 频率， 被干扰负载（高输入阻抗回路更容
5、易被干扰） ， 导线在地面上方的高度 ， 干扰源与被干扰方的距离及其平行长度 ， 被干扰导线的绝缘情况，特别是对于双绞线 ， 干扰电压值。,干扰源,被干扰方,干扰源,被干扰方,电容耦合,改进措施 增大干扰源与被干扰方之间的距离 平行敷设 使用屏蔽电缆 接地金属件和电缆的距离越小越好,金属屏蔽层,干扰源,被干扰方,电感耦合,电感耦合随以下量增大： 频率， 被干扰负载（低输入阻抗回路更容易被干扰） ， 导线在地面上方的高度 ， 干扰源与被干扰方距离及其平行长度 ， 干扰电流值。,干扰源导线,被干扰回路,被干扰导线对,干扰源导线,被干扰回路,电感耦合,改进措施 增大干扰源与被干扰方之间的距离 平衡传
6、输 使用屏蔽电缆 使用双绞线 使用金属电缆导管（钢质） 使接地金属零件上的电缆变平,辐射耦合：场对电缆,当导线置于在变化中的电场时导线中会产生电流。这种现象叫做场对导线耦合或场对电缆耦合。 主要干扰源： 广播发射机（移动电话、对讲机） 、雷达、电动机 、 电弧焊、电力开关设备 、 雷击电弧,E场,E场,辐射耦合：场对电缆,使辐射耦合最小化： 通过降低电缆高度从而减小天线效应 将电缆放入结合得很好的金属屏蔽物中 加装铁氧体磁环 加装接地的并联导线,地基准,设备,E场,辐射耦合：场对环路,当环路置于在变化中的磁场时在环路端子上会产生反电动势的电势差，这种现象叫做环路对导线耦合或环路对电缆耦合。 主
7、要干扰源： 广播发射设备（移动电话、对讲机） 、雷达、电动机 、 电弧焊、电力开关设备 、 雷击电弧,H场,消除干扰采用的方式,交流电源配电 不同的接地系统,在所有条件下接地系统能够确保如下方面： 人员安全， 设备保护, 为电源提供参考电位。4种不同的接地系统 TN-S 中性线与PE分离 TN-C 中性线与PE共用 TT 中性点接地独立于装置的接地 IT 中性点与地隔离,交流电源配电 不同的接地系统,L1,L2,L3,PE,N,S,A,配电 (IT),室内安装 (IT),外露导电部分,Z,Z : 阻抗,SA : 电涌保护器,IMD : 绝缘监视设备,-,在包含电子设备的装置中禁止使用TN-C。
8、 根据标准EN 50174-2与EN 50310，强制使用TN-S。 对于高频，所有接地系统均不起作用。只有等电位联结的装置才能使此类问题最小化。 在任何情况下都应在电缆穿墙点使用浪涌保护器，并尽可能靠近敏感设备。,交流电源配电 针对EMC如何采取措施,高频电流经过PEN,交流电源配电 电源指导,在设计阶段考虑安装接地系统 在靠近变压器中性点处，只做一次接地 IT、TT、TN-C系统经常成为干扰源，应使用单独变压器 如果在设计阶段没有确定接地系统，则应采用独立的变压器为敏感的负载（PLC、I/O和数据端口）供电 对于电源或干扰设备以及敏感系统应使用单独变压器 使用EMC滤波器（设计良好且实现合
9、理） 使用电涌保护设备 （设计良好且实现合理） 注意由EMC滤波电容产生的泄漏电流,交流电源配电 电源指导,变压器,干扰设备,敏感设备,干扰设备,敏感设备,干扰设备,敏感设备,不推荐,较好,优秀,交流电源配电 电源指导,互相连接的IT或模拟设备存在干扰危险，如果电缆屏蔽层与接地基准（0V）互相连接，则危险更大,交流电源配电 TN-C问题示例,直流电源配电 接地系统,3种不同的接地系统： +极与-极与地线隔离。在出现接地故障的情况下电源正常工作。 -极连接至地线（只需要一根线连接至地线） +极连接至地线（这种情形很少见，可能会出现危险情况。产品可能在内部将-极连接至地线） 当+极或极连接至地线时
10、，如果出现接地故障，会有两种可能情况： 短路 供电中断 与地线的额外连接可能会引起问题,直流电源配电 电源指导,在设计阶段考虑安装接地系统 对于靠近变压器的0V来说只有一根线连接至地线 直流电源周围的设备都可能会受到干扰 如果在设计阶段内没有确定接地系统，则应使用隔离电源给敏感系统（PLC、I/O和数据端口）供电 对于电力或干扰设备以及敏感系统应使用隔离直流电源 使用EMC滤波器（设计良好且实现合理） 使用电涌保护设备 （设计良好且实现合理） 对于隔离的直流电源来说，推荐使用控制器,直流电源配电 电源指导,非常短,的接线,不推荐,推荐,A1,A2,A3,An,接线盒,直流电源,直流电源配电 电
11、源指导,接地的DIN轨道,接地,端子盒,接地,端子盒,非常短,的接线,-,+,V DC,电源,接地与联结 主要原理,BN: 联结网 IBN: 隔离的联结网 SRPP:系统标准电势平面,干线,网状IBN,树状,星形（IBN）,局部网状IBN,局部网状IBN,网状BN,网状BN,接地与联结 主要原理,x,x,x,L1,L2,L3,N,PE,壳体接地格栅,接地,端子,金属杆,配电盘,电子,设备,G,接地与联结 连接与互连原理,土地l,多个联结的地电极,所需的电源地线与通信地线,避雷针,多层结构所必须的联结,接地与联结 连接与互连原理,L,l,L,l,紫铜,黄铜,镀锌铁,紫铜 （ 锡钢片）,紫铜,铝,
12、镀锌铁,紫铜 （ 锡钢片）,紫铜 （ 锡钢片）,不推荐,w,w,最佳方式： L/W 5 如果 L/W 10，起不到抗干扰作用,接地与联结 活动地板,弹簧夹,金属杆,10 mm,活动地板,最佳方式：使每2个或每3个金属杆在两个方向上互相连接,电缆线路管理系统（CMS） 选型与工作原理,金属（未喷漆）线槽应符合以下规定： 所有线槽必须具有褶皱边缘 横截面积必须符合要求 (针对中心收缩而提前计划) 线槽端对端连接，且3侧有搭接 线槽至少两端接地，在与其它交叉点、其它线槽或金属零件连接的每一个交叉点接地 当线槽相互平行时须每隔3或5米进行相互连接 必须将线槽与其所服务的设备的金属结构相联结 应具有指示
13、所包含电缆种类的标签对光缆或屏蔽电缆保留有丝网式线缆管道，条件是它们捆扎良好且来自同一“系列”,电缆线路管理系统（CMS） 选型与工作原理,低,中,高,否,是,电缆线路管理系统（CMS） 如何接地与如何联结CMS,电缆线路管理系统（CMS） 电缆线路分离与隔离,4种不同的电缆线路类型： 电源， I/O，通信，模拟 应将这4种类型分离与隔离,4）模拟线路（传感器）,3）通信线路（总线）,设备,1）电源线路 （AC，DC，PE）,2) 继电器,电缆线路管理系统（CMS） 电缆线路分离与隔离,禁止,测量线路,电缆线路原理 如何进行屏蔽,禁止,可以接受,正确,理想,接地连接,EMC夹钳,“尾线”,等电
14、位框架,EMC夹钳,EMC金属电缆压盖 接地与联结良好,所有联结应在未喷漆的金属零件上完成。,电缆线路原理 如何进行屏蔽,使用屏蔽电缆时应使用带有金属壳的连接器 金属连接器应被用于连接阻抗非常低的电缆屏蔽层（360）。应避免尾线。 应如下图所示制作屏蔽层,EMC夹钳宽度,电缆 绝缘 套,电缆 绝缘 套,机柜与机箱 设计与选型,金属蒙皮可以提供最高的关于电磁辐射和抗干扰的EMC衰减。 如果EM环境很低，则可以使用塑料或纤维蒙皮。 所有不同的金属零件（法兰、门、顶板、仪表板、格栅、板等）应全部接地并使用低阻抗接线进行联结。 所有EMC接线应在非隔离表面（没有油漆、清漆、绝缘敷层） 上进行或使用合适
15、的垫圈。 所有机柜应配备1个或几个接地棒来连接PE电缆、I/O电缆的保护层。 所有的设备支承板（PLC、变频器、直流电源、接口设备、变压器外壳等）应使用低阻抗触头或接线安装在金属板上。,机柜与机箱 如何放置不同产品,机柜与机箱 如何放置不同产品,机柜与机箱 接地指导,机柜与机箱 接地指导,机柜与机箱 接地指导,机柜与机箱 I/O电缆线路管理,机柜与机箱 I/O电缆线路管理,极佳,油漆=绝缘材料,EMC保护 如何接地以及联结滤波器,对于保持效率来说安装滤波器是非常重要的,差,好,滤波器被靠得太近的 输入/输出电缆绕开,EMC保护 如何接地以及联结滤波器,差,好,油漆=绝缘材料,输出至： -执行机
16、构 -机器,滤波器,电源,EMC保护 如何接地以及如何联结电涌保护设备,L1 + L2 应,0,5 m,公共阻抗,要被保护,的设备,MC设备电压保持： 2000 V,EMC保护 如何接地以及如何联结电涌保护设备,减小公共阻抗 减小环路表面积,接地端子,受保护配电,受保护配电,接地端子,公共阻抗,EMC保护 静电放电（ESD）,ESD具有很大威胁 人体最高带电可达15 kV 为了避免危险： 使用防静电材料（包、地毯、密封装置） 将所有金属零件接地和联结 使用安装在机柜或机箱内部的特殊手腕带 控制局部湿度（60%至70%） 在敏感区域应使用特殊鞋、衣服和家具 不要不敬过ESD防护就触摸敏感的电子器件（例如存储板、电子设备或电路板）,EMC保护 隔离接口,干扰电流,公用0V 或基准,模拟输入,地线1与地线2不同,地线2,地线1,传感器未与地线隔离,EMC保护 隔离接口,模拟输入,隔离输入,公用0V 或基准,地线2,地线1,传感器未与地线隔离,
