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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R66

4.3.3 电磁波的吸收损耗A69

4.3.4 电磁波的多次反射损耗B70

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γ189

9.1.1.2 考虑整流器换流时的重叠角γ191

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LISN269

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