抗干扰培训教材课件.ppt

1、抗干扰培训教材1控制系统抗干扰技术控制系统抗干扰技术概述概述Technical outline for protection againstdisturbance of control system抗干扰培训教材21 抗干扰问题提出的背景 电子管的工作电压：电子管的工作电压：250Vac250Vac 晶体管的工作电压：晶体管的工作电压：24Vdc 24Vdc 随着微电子技术的发展和系统集成化程度的提高，大规模集随着微电子技术的发展和系统集成化程度的提高，大规模集成芯片内单位面积的元件数越来越多，所传递的信号电流也越来越成芯片内单位面积的元件数越来越多，所传递的信号电流也越来越小，系统的供电电压

2、也越来越低，现已降到小，系统的供电电压也越来越低，现已降到5V5V、3V3V乃至乃至1.8V1.8V。因。因此，芯片对外界的噪声也越趋敏感，所以显示出来的抗干扰能力也此，芯片对外界的噪声也越趋敏感，所以显示出来的抗干扰能力也就很低。就很低。抗干扰培训教材3 当前是信息社会，电磁环境日趋复杂：当前是信息社会，电磁环境日趋复杂：电气、电子设备量猛增，电气、电子设备量猛增，频带日益加宽，频带日益加宽，功率越来越大，功率越来越大，传输速率越来越高。传输速率越来越高。所以，受电磁干扰的威胁也日趋势增大。所以，受电磁干扰的威胁也日趋势增大。抗干扰培训教材4 控制系统不但系统复杂，设备多，输入控制系统不但系

3、统复杂，设备多，输入/输出（输出（I/OI/O）端口多，）端口多，特别是外部的连接电缆又多又长，这类似于是拾取噪声的高效天特别是外部的连接电缆又多又长，这类似于是拾取噪声的高效天线，给噪声的耦合提供了充分的条件，使得各种噪声容易侵入控制线，给噪声的耦合提供了充分的条件，使得各种噪声容易侵入控制系统。系统。抗干扰培训教材5 欲提高控制系统的抗干扰能力，除了在设计系统本身的电子线欲提高控制系统的抗干扰能力，除了在设计系统本身的电子线路、路、结构以及软件时应于考虑的各项抗干扰措施外，更重要的是如何提结构以及软件时应于考虑的各项抗干扰措施外，更重要的是如何提高控制系统在工程应用中的抗干扰技术高控制系统

4、在工程应用中的抗干扰技术。控制系统的抗干扰问题，不可能期望仅通过提高控制系统的抗干控制系统的抗干扰问题，不可能期望仅通过提高控制系统的抗干扰能力来解决。扰能力来解决。抗干扰培训教材62 噪声和干扰 对有用信号以外的所有电子信号总称为噪声。按噪声的来源对有用信号以外的所有电子信号总称为噪声。按噪声的来源可以将噪声源分成三大类：可以将噪声源分成三大类：1 1）本征噪声源，其来源于物理系统内部的随机波动，例如热噪声）本征噪声源，其来源于物理系统内部的随机波动，例如热噪声等；等；2 2）人为噪声源，例如电机、开关、数字电子设备、无线电发射装）人为噪声源，例如电机、开关、数字电子设备、无线电发射装置等在

5、运行过程中所带来的噪声；置等在运行过程中所带来的噪声；3 3）自然界干扰引起的噪声，例如雷击和太阳的黑子活动等。）自然界干扰引起的噪声，例如雷击和太阳的黑子活动等。抗干扰培训教材7 本征噪声为内部噪声，人为噪声和自然界干扰引起的噪声均为本征噪声为内部噪声，人为噪声和自然界干扰引起的噪声均为外部噪声（本书讨论的是对外部噪声的抑制）。外部噪声（本书讨论的是对外部噪声的抑制）。人为噪声源又可分成有意发射噪声源和无意发射噪声源。所谓人为噪声源又可分成有意发射噪声源和无意发射噪声源。所谓有意发射噪声源是专用于辐射电磁能的设备，如广播、电视、通讯有意发射噪声源是专用于辐射电磁能的设备，如广播、电视、通讯等

6、发射设备，是通过向空间发射有用信号的电磁能量来工作的，它等发射设备，是通过向空间发射有用信号的电磁能量来工作的，它们会对不需要这些信号的控制系统构成干扰。们会对不需要这些信号的控制系统构成干扰。但也有许多装置无意地在发射电磁能量，如汽车的点火系统、但也有许多装置无意地在发射电磁能量，如汽车的点火系统、电焊机、钠灯和日光灯等照明设备以及电机设备等。它们可能通过电焊机、钠灯和日光灯等照明设备以及电机设备等。它们可能通过传导、辐射向控制系统发射电磁能以干扰系统的正常运行。传导、辐射向控制系统发射电磁能以干扰系统的正常运行。抗干扰培训教材8按噪声的频率范围分类名称名称频率范围频率范围典型的噪声源典型的

7、噪声源工频和音频噪声工频和音频噪声50Hz50Hz及其谐波及其谐波输电线、工频用电设备输电线、工频用电设备甚低频噪声甚低频噪声30kHz30kHz以下以下首次雷击首次雷击载频噪声载频噪声10kHz10kHz300kHz300kHz高压直流输电高次谐波、交高压直流输电高次谐波、交流输电高次谐波流输电高次谐波 射频、视频噪声射频、视频噪声300kHz300kHz300MHz300MHz钠灯和日光灯等照明设备、钠灯和日光灯等照明设备、图像监控系统、对讲机、直图像监控系统、对讲机、直流开关电源流开关电源 微波噪声微波噪声300MHz300MHz100GHz100GHz微波通信、微波炉微波通信、微波炉

8、抗干扰培训教材9取决噪声危害性严重程度的三要素噪声源的频率愈高（意味着电流、电压、电场和磁场的强度的变噪声源的频率愈高（意味着电流、电压、电场和磁场的强度的变化率愈高）；化率愈高）；离噪声源的距离愈近；离噪声源的距离愈近；噪声源本身的功率愈大。噪声源本身的功率愈大。则噪声源产生的危害性就愈大。则噪声源产生的危害性就愈大。抗干扰培训教材10何谓干扰？当噪声电压大到足够大时，足以在接收中造成骚扰使一个电路产当噪声电压大到足够大时，足以在接收中造成骚扰使一个电路产生误操作，这就是一个干扰。生误操作，这就是一个干扰。噪声是一种电子信号，它是不能消除的，而只能在量级上尽量噪声是一种电子信号，它是不能消除

9、的，而只能在量级上尽量减小直到不再引起干扰。而干扰是指某种效应，是由于噪声对电路减小直到不再引起干扰。而干扰是指某种效应，是由于噪声对电路造成的一种不良反应。所以电路中存在着噪声，但不一定形成干扰。造成的一种不良反应。所以电路中存在着噪声，但不一定形成干扰。抗干扰培训教材113 构成噪声（干扰）问题的三要素噪声的噪声的耦合途径耦合途径噪声源噪声源感受体感受体 1 1）产生噪声的源头是什么？）产生噪声的源头是什么？2 2）哪些是对噪声有敏感的感受体？）哪些是对噪声有敏感的感受体？3 3）将噪声从源头传送到感受体的耦合途径是什么？）将噪声从源头传送到感受体的耦合途径是什么？抗干扰培训教材12抑制干

10、扰的三种基本方法：1 1）尽量将客观存在的噪声源的强度在发生处进行抑制，这是最有）尽量将客观存在的噪声源的强度在发生处进行抑制，这是最有效的方法。但是并非所有的噪声源都可以抑制的，如雷击、无线电效的方法。但是并非所有的噪声源都可以抑制的，如雷击、无线电天线发射等。天线发射等。2 2）提高感受体对干扰的抗扰度，这取决于系统本身的抗干扰能力。）提高感受体对干扰的抗扰度，这取决于系统本身的抗干扰能力。3 3）减小或拦截通过耦合路径噪声的传输量，即减少耦合路径上）减小或拦截通过耦合路径噪声的传输量，即减少耦合路径上噪声的传输量。噪声的传输量。抗干扰培训教材13例：直流电动机系统电动机电动机控制电路控制

11、电路直流直流电动机电动机弱信号回路弱信号回路噪声电流噪声电流(传导）传导）（电磁辐射）（电磁辐射）电刷和换向器之间电刷和换向器之间产生的电火花是主产生的电火花是主要的噪声源。要的噪声源。抗干扰培训教材14 传导和辐射是噪声的基本耦合途径。传导和辐射是噪声的基本耦合途径。在这种情况下，不大可能对噪声源采用更多的抑制措施。因而在这种情况下，不大可能对噪声源采用更多的抑制措施。因而只能通过抑制耦合路径的方式来消除干扰：只能通过抑制耦合路径的方式来消除干扰：减小通过导线传导到电动机控制电路的噪声量（隔离和滤波）；减小通过导线传导到电动机控制电路的噪声量（隔离和滤波）；屏蔽来自导线的辐射噪声。屏蔽来自导

12、线的辐射噪声。抗干扰培训教材154 噪声的耦合途经 从物理概念上说，噪声的传播途经大致有五种：从物理概念上说，噪声的传播途经大致有五种：导线直接传导耦合；导线直接传导耦合；经公共阻抗的耦合；经公共阻抗的耦合；电容性耦合；电容性耦合；电感性耦合；电感性耦合；电磁场耦合。电磁场耦合。抗干扰培训教材16导线直接传导耦合 所谓的导线直接传导耦合系指噪声是通过信号线和交、直流电源所谓的导线直接传导耦合系指噪声是通过信号线和交、直流电源线以及通信线等将信号源或电源里夹带的噪声直接传导给电路。这线以及通信线等将信号源或电源里夹带的噪声直接传导给电路。这种耦合是最常见的，如串模干扰都属此例。抑制此类噪声的最基

13、本种耦合是最常见的，如串模干扰都属此例。抑制此类噪声的最基本方法就是避免导线拾取噪声，或者在它干扰敏感电路前用去耦或滤方法就是避免导线拾取噪声，或者在它干扰敏感电路前用去耦或滤波（包括数字滤波）的方式消除噪声。波（包括数字滤波）的方式消除噪声。抗干扰培训教材17公共阻抗耦合电路 抗干扰培训教材18 最常见的公共阻抗耦合例子：接地系统。最常见的公共阻抗耦合例子：接地系统。减小公共阻抗耦合的基本方法：减小公共阻抗的阻值。减小公共阻抗耦合的基本方法：减小公共阻抗的阻值。抗干扰培训教材19 电容性耦合又称静电耦合或静电感应，它是由电路间电场的相电容性耦合又称静电耦合或静电感应，它是由电路间电场的相互作

14、用而产生的。产生这种耦合的主要原因是电路间存在着分布电互作用而产生的。产生这种耦合的主要原因是电路间存在着分布电容。容。电感性耦合又称电磁耦合或电磁感应，它是由电路间磁场的相电感性耦合又称电磁耦合或电磁感应，它是由电路间磁场的相互作用而产生的。产生这种耦合的主要原因是电路间存在着互感。互作用而产生的。产生这种耦合的主要原因是电路间存在着互感。这两种耦合加上前述的导线直接传导耦合和经公共阻抗的耦合这两种耦合加上前述的导线直接传导耦合和经公共阻抗的耦合均称为传导性耦合。其中电容性耦合和电感性耦合又称为近场辐射。均称为传导性耦合。其中电容性耦合和电感性耦合又称为近场辐射。此外还有电磁场辐射，它又称为

15、辐射耦合或远场辐射，它是电此外还有电磁场辐射，它又称为辐射耦合或远场辐射，它是电场和磁场相结合的耦合，并通过能量的辐射对线路产生干扰的。场和磁场相结合的耦合，并通过能量的辐射对线路产生干扰的。抗干扰培训教材20 严格地说，有关噪声问题的求解，需要通过麦克斯韦方程组严格地说，有关噪声问题的求解，需要通过麦克斯韦方程组才能得到，该方程组是三个空间变量（才能得到，该方程组是三个空间变量（x x、y y、z z）和时间（）和时间（t t）的）的函数。这样，问题就变得非常复杂，非一般工程技术人员能够接函数。这样，问题就变得非常复杂，非一般工程技术人员能够接受和理解。为此，在本书里，我们还是采用受和理解。

16、为此，在本书里，我们还是采用“电路电路”的理论用集中的理论用集中参数来近似地求解。所以我们采取了如下的假设：参数来近似地求解。所以我们采取了如下的假设：1 1）用一个连接在两导体间的电容来表示两导体间存在的一个随时）用一个连接在两导体间的电容来表示两导体间存在的一个随时间变化的电场；间变化的电场；2 2）用一个连接在两导体间的互感来表示两导体互相耦合的一个随）用一个连接在两导体间的互感来表示两导体互相耦合的一个随时间变化的磁场；时间变化的磁场；抗干扰培训教材215 串模干扰和共模干扰 按干扰源按干扰源V VC C和信号源和信号源V VS S的连接关系，或者说按干扰源的连接关系，或者说按干扰源V

17、CVC对电路的作对电路的作用形态有串模干扰和共模干扰之分。用形态有串模干扰和共模干扰之分。所谓串模干扰就是干扰源所谓串模干扰就是干扰源VcVc串联于信号源串联于信号源VsVs之中之中 。或者简单地。或者简单地认为干扰源认为干扰源VcVc和信号源和信号源VsVs是迭加在一起的。在输入回路中干扰源是迭加在一起的。在输入回路中干扰源VcVc与信号源与信号源VsVs所处的地位完全相同。串模干扰也称横向干扰或差模干所处的地位完全相同。串模干扰也称横向干扰或差模干扰。扰。抗干扰培训教材22测量测量系统系统测量测量系统系统VsVcVcVs串模干扰串模干扰共模干扰共模干扰抗干扰培训教材23 串模干扰源自于：串

18、模干扰源自于：1 1）信号线受空间电磁辐射的感应；）信号线受空间电磁辐射的感应；2 2）通过变送器的供电电源串入的电网干扰；）通过变送器的供电电源串入的电网干扰；3 3）信号源本身产生的干扰。）信号源本身产生的干扰。抗干扰培训教材24 放大器的地和信号源的地之间由于地电平的差异所形成的干扰放大器的地和信号源的地之间由于地电平的差异所形成的干扰称共模干扰，或谓出现在测量电路端子和地之间的一种干扰形式，称共模干扰，或谓出现在测量电路端子和地之间的一种干扰形式，也称纵向干扰或共态干扰。这种干扰（地电位差）在实际测量中是也称纵向干扰或共态干扰。这种干扰（地电位差）在实际测量中是普遍存在的，根据干扰环境

19、、被测信号源和测量系统的距离等因普遍存在的，根据干扰环境、被测信号源和测量系统的距离等因素，这地电位差一般可以达几伏、十几伏甚至素，这地电位差一般可以达几伏、十几伏甚至100V100V以上，在雷击时以上，在雷击时甚至可达数十万伏以上的浪涌电压。甚至可达数十万伏以上的浪涌电压。抗干扰培训教材25 对单端对地输入系统，共模干扰全部转换成串模干扰影响测量系统的。抗干扰培训教材26双端对地输入系统抗干扰培训教材27 该图所示的双端对地系统，共模干扰并不直接影响电路的，它该图所示的双端对地系统，共模干扰并不直接影响电路的，它是通过输入电路的不对称转化成串模电压造成干扰的。是通过输入电路的不对称转化成串模

20、电压造成干扰的。如果仅考虑共模干扰如果仅考虑共模干扰,即信号为零时即信号为零时,那么作用在那么作用在Z Z5 5上的电压为上的电压为:CVZZZZZZV）（323414抗干扰培训教材28 如果电路对称如果电路对称,即即Z Z1 1=Z=Z2 2,Z,Z3 3=Z=Z4 4,则则V=OV=O；一般电路做不到完全对；一般电路做不到完全对称，所以称，所以V V不等于零，所以共模干扰就对测量系统产生影响。不等于零，所以共模干扰就对测量系统产生影响。衡量一个测量控制系统的抗串模噪声和抗共模噪声的能力，可衡量一个测量控制系统的抗串模噪声和抗共模噪声的能力，可以用串模干扰抑制比以用串模干扰抑制比SMRRSM

21、RR和共模干扰抑制比和共模干扰抑制比CMRRCMRR来表示。来表示。式中：式中：UcUc共模干扰的交流峰值电压，单位伏特；共模干扰的交流峰值电压，单位伏特；UU施加共模干扰电压施加共模干扰电压前后的示值变化所对应的电量值前后的示值变化所对应的电量值 变化，单位伏特。变化，单位伏特。UUCMRRClg20抗干扰培训教材29式中：式中：UsUs串模干扰交流峰值电压，单位伏特；串模干扰交流峰值电压，单位伏特；UU施加串模干扰电压前后的示值变化所对应的电量值变化，单位施加串模干扰电压前后的示值变化所对应的电量值变化，单位伏特。伏特。UUSMRRslg20抗干扰培训教材30串模干扰和共模干扰的试验值名称

22、名称信号量程信号量程共模干扰电压共模干扰电压串模干扰电压串模干扰电压电流信号输入电流信号输入（4-204-20）mAmA250Vac,50Hz250Vac,50Hz（3533535V5V峰值）峰值）1VAC1VAC，50HZ50HZ（1.414V1.414V峰值）峰值）(0-10)mA(0-10)mA电压信号输入电压信号输入（0-50-5）V V（0-200-20）mVmV50mV,50HZ50mV,50HZ(0.0707V(0.0707V峰值）峰值）)（0-1000-100）mVmV热电阻信号输入热电阻信号输入Pt100Pt100Cu50Cu50抗干扰培训教材31对国家标准的一点质疑 有些标

23、准有些标准,如如GB/T 13639-2008GB/T 13639-2008工业过程测量和控制系统用工业过程测量和控制系统用模拟输入数字式指示仪模拟输入数字式指示仪（下简称（下简称“GB/T 13639GB/T 13639”）对模拟）对模拟输入数字式指示仪应具备的共模干扰和串模干扰的抑制能力作了如输入数字式指示仪应具备的共模干扰和串模干扰的抑制能力作了如下的规定下的规定:共模干扰抑制比共模干扰抑制比CMRR120dBCMRR120dB；串模干扰抑制比串模干扰抑制比SMRR40dBSMRR40dB。不考虑数字式指示仪的电量程不考虑数字式指示仪的电量程F.SF.S和精确度等级和精确度等级a a，而

24、泛泛地，而泛泛地采用统一的共模干扰抑制比采用统一的共模干扰抑制比CMRR120dBCMRR120dB和串模干扰抑制比和串模干扰抑制比SMRR40dBSMRR40dB来表示指示仪应具备的抗干扰能力是不恰当的。下面就来表示指示仪应具备的抗干扰能力是不恰当的。下面就此问题展开讨论，并将讨论问题的范围扩展到所有的模拟量输入装此问题展开讨论，并将讨论问题的范围扩展到所有的模拟量输入装置。置。抗干扰培训教材32 设模拟量输入装置的精确度等级为设模拟量输入装置的精确度等级为a a，在，在“影响量影响量”共模干扰共模干扰UcUc或串模干扰或串模干扰UsUs的作用下，信号测量示值会发生偏差的作用下，信号测量示值

25、会发生偏差,设该偏差所对应设该偏差所对应的电量值为的电量值为U U，如满足下式的要求，如满足下式的要求:（U/F.SU/F.S）100%a%100%a%我们认为该模拟量输入装置抑制共模我们认为该模拟量输入装置抑制共模干扰或串模干扰的能力是干扰或串模干扰的能力是符合要求的。符合要求的。抗干扰培训教材33 现我们以共模干扰抑制比现我们以共模干扰抑制比CMRRCMRR为例来进行讨论。如果按为例来进行讨论。如果按GB/T GB/T 1363913639的规定，模拟量输入装置的共模干扰抑制比的规定，模拟量输入装置的共模干扰抑制比CMRRCMRR应大于等应大于等于于120dB120dB，则根据前式就可得，

26、则根据前式就可得:由于共模干扰的试验电压由于共模干扰的试验电压UcUc是一定的（是一定的（3533535V5V峰值）峰值）,从而就可按从而就可按上式计算出一个上式计算出一个U,U,这个这个UU是模拟量输入装置在施加共模干扰电压前后是模拟量输入装置在施加共模干扰电压前后的示值变化所对应的电量值变化（单位伏特）的示值变化所对应的电量值变化（单位伏特）,且满足且满足CMRRCMRR大于等于大于等于120dB120dB的理论值。整理后可得的理论值。整理后可得:UUc10 UUc10-6-6(伏特伏特)UUClg20120抗干扰培训教材34 现在我们来讨论这个现在我们来讨论这个UU能否满足上式规定的要求

27、。当能否满足上式规定的要求。当Uc=353.5V Uc=353.5V 时，时，按上式计算可得：按上式计算可得：UUc10UUc10-6-6=353.510=353.510-6-6=0.354=0.354（mVmV）如果信号电量程如果信号电量程F.S=5V,F.S=5V,准确度等级准确度等级a=0.1a=0.1，代入上式得：，代入上式得：（U/F.SU/F.S）100%=100%=（0.354mV/5000mV0.354mV/5000mV）100%=0.007%100%=0.007%a%=0.1%a%=0.1%即远小于即远小于a%a%，不但符合上式的要求，也说明作为指标值，不但符合上式的要求，也

28、说明作为指标值，CMRRCMRR还可以再小一点。还可以再小一点。抗干扰培训教材35 如果信号电量程如果信号电量程F.S=100mV,F.S=100mV,准确度等级准确度等级a=0.1a=0.1，代入前式得：，代入前式得：（U/F.SU/F.S）100%=100%=（0.354mV/100mV0.354mV/100mV）100%=0.354%100%=0.354%a%=0.1%a%=0.1%即大于即大于a%a%，则不符合上式的要求，从而说明，作为指标值，则不符合上式的要求，从而说明，作为指标值，CMRR=120dBCMRR=120dB不能满足要求。不能满足要求。抗干扰培训教材36 显然显然,按式

29、按式UUc10UUc10-6-6计算出来的计算出来的UU能否满足上式的要求能否满足上式的要求,必须要考虑模拟量输入装置的测量精确度等级必须要考虑模拟量输入装置的测量精确度等级a a以及对应的信号电以及对应的信号电量程量程F.SF.S。同理，对串模干扰抑制比的讨论也一样。同理，对串模干扰抑制比的讨论也一样。这就说明一台模拟量输入装置，允许的这就说明一台模拟量输入装置，允许的UU是和它的测量精确是和它的测量精确度等级以及对应的信号电量程有关。也就是说，不同的精确度等级度等级以及对应的信号电量程有关。也就是说，不同的精确度等级以及不同电量程的模拟量输入装置，其共模干扰抑制比以及不同电量程的模拟量输入

30、装置，其共模干扰抑制比CMRRCMRR和串模和串模干扰抑制比干扰抑制比SMRRSMRR的指标值应该是不一样的。的指标值应该是不一样的。抗干扰培训教材37关于CMRR指标值和SMRR指标值的计算方法 由前式（由前式（U/F.SU/F.S）100%a%100%a%可得：可得：Ua%Ua%F.S F.S 分别代入前式，可得：分别代入前式，可得：(dB)(dB)(dB)(dB)SFaUCMRRC.%lg20SFaUSMRRS.%lg20抗干扰培训教材38CMRR和SMRR的指标值序序 电量程电量程F.SF.S 精确度等级精确度等级a a 共模干扰共模干扰试验电压试验电压UcUc CMRRCMRR指标值

31、指标值 串模干扰串模干扰试验电压试验电压UsUs SMRRSMRR指标值指标值1 10 05V5V 0.10.1250Vac,50Hz250Vac,50Hz（3533535V5V峰值）峰值）105105 1VAC1VAC，50HZ50HZ（1.414V1.414V峰值）峰值）5555 2 20.20.210010050503 30 020mV 20mV 0.20.2140140100mVAC,50HZ100mVAC,50HZ(0.1414V(0.1414V峰值峰值)75754 40.50.513513570705 51.01.013013060606 60 0100mV 100mV 0.10.

32、113513570707 70.20.21301306060抗干扰培训教材39一点建议 如直接采用前式的形式，即如直接采用前式的形式，即 （U/F.SU/F.S）100%a%100%a%对于高精度、小量程对于高精度、小量程(指信号电量程指信号电量程)的模拟量输入装置的模拟量输入装置,一般一般难以达到上式的要求，此时，可以降低测量精度偏差的要求，即可难以达到上式的要求，此时，可以降低测量精度偏差的要求，即可以将上式放宽到以将上式放宽到 （U/F.SU/F.S）100%1.5a%100%1.5a%甚至甚至 （U/F.SU/F.S）100%2.0a%100%2.0a%抗干扰培训教材406 电磁兼容性

33、设计 电磁兼容性（电磁兼容性（EMCEMC）指的是电子式控制系统的一种性能：）指的是电子式控制系统的一种性能：1 1）在可能的电磁环境中，系统仍然具有正常的工作能力；）在可能的电磁环境中，系统仍然具有正常的工作能力；2 2）不会成为环境中的一个电磁污染源。）不会成为环境中的一个电磁污染源。一般用一般用“抗扰度抗扰度”来衡量控制系统在电磁环境下的抗干扰能来衡量控制系统在电磁环境下的抗干扰能力；用力；用“发射发射”来表明对环境的电磁污染。来表明对环境的电磁污染。抗干扰培训教材41 由于各种电磁干扰都是一种复杂多变的随机过程，难以重复，由于各种电磁干扰都是一种复杂多变的随机过程，难以重复，为了有效地

34、对其干扰效应和危害进行正确的评估，为了有效地对其干扰效应和危害进行正确的评估，IEC 61000-4 IEC 61000-4 电磁兼容电磁兼容 试验和测量技术试验和测量技术把系统在工程应用中常见的电磁干扰把系统在工程应用中常见的电磁干扰按其性质进行分类，并对这些干扰的试验模型和试验等级作了相应按其性质进行分类，并对这些干扰的试验模型和试验等级作了相应的规定。不同的试验等级表示不同的抗扰度电平。的规定。不同的试验等级表示不同的抗扰度电平。抗干扰培训教材42 相对于各种电磁干扰，一个系统应有相应的抗扰度指标，包括：相对于各种电磁干扰，一个系统应有相应的抗扰度指标，包括：电压短时中断和电压变化抗扰度

35、；电压短时中断和电压变化抗扰度；电快速瞬变脉冲群抗扰度；电快速瞬变脉冲群抗扰度；浪涌（冲击）抗扰度；浪涌（冲击）抗扰度；静电抗扰度；静电抗扰度；工频磁场抗扰度；工频磁场抗扰度；脉冲磁场抗扰度；脉冲磁场抗扰度；射频电磁场辐射抗扰度；射频电磁场辐射抗扰度；射频场感应的传导骚扰抗扰度等。射频场感应的传导骚扰抗扰度等。抗干扰培训教材43阻尼振荡磁场抗扰度；阻尼振荡磁场抗扰度；振荡波抗扰度；振荡波抗扰度；工频频率变化抗扰度；工频频率变化抗扰度；直流电源输入端口纹波抗扰度；直流电源输入端口纹波抗扰度；交流电源端口谐波、谐间波及电网信号的低频抗扰度等。交流电源端口谐波、谐间波及电网信号的低频抗扰度等。（IE

36、C 61000-4IEC 61000-4电磁兼容电磁兼容 试验和测量技术试验和测量技术共规定了共规定了2828项。）项。）抗干扰培训教材445.1 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度 所谓所谓“电压暂降电压暂降”系指在供电电压突然下降，经历了半个周期系指在供电电压突然下降，经历了半个周期到几秒钟的短暂持续期后恢复正常。到几秒钟的短暂持续期后恢复正常。所谓所谓“短时中断短时中断”系指供电电压消失一段时间，短时中断也可系指供电电压消失一段时间，短时中断也可认为是认为是100%100%幅值的电压瞬时跌落。幅值的电压瞬时跌落。所谓所谓“电压变化电压变化”系指供电电压逐渐变得高于或者低于额定电系指供电电

37、压逐渐变得高于或者低于额定电压。变化的持续时间相对于周期来说，可长可短。压。变化的持续时间相对于周期来说，可长可短。抗干扰培训教材45老标准（IEC 61000-4-11:1994）与低压电网连接的控制系统，由于供电电网、变电设备发生故与低压电网连接的控制系统，由于供电电网、变电设备发生故障，或由于负荷突然发生大的变动乃至负荷连续变化，直至系统备用障，或由于负荷突然发生大的变动乃至负荷连续变化，直至系统备用电源的切换均能引起电压暂降、短时中断和电压变化。电源的切换均能引起电压暂降、短时中断和电压变化。试验等级试验等级电压暂降和短时中断，电压暂降和短时中断，%UT%UT持续时间，（周期）持续时间

38、，（周期）0 01001000.50.5、1 1、5 5、1010、2525、5050（对（对50Hz50Hz的电源，的电源，1 1个个周期相当于周期相当于20ms)20ms)4040606070703030抗干扰培训教材46最新标准（IEC 61000-4-11:2004）类别类别电压暂降的试验等级和持续时间电压暂降的试验等级和持续时间1 1类类根据设备要求依次进行根据设备要求依次进行2 2类类0%0%持续时持续时间间0.50.5周期周期0%0%持续时持续时间间1 1周期周期70%70%持续时间持续时间2525周期周期3 3类类0%0%持续时间持续时间0.50.5周期周期 0%0%持续时间持

39、续时间1 1周期周期40%40%持续时间持续时间1010周期周期70%70%持续时间持续时间2525周期周期80%80%持续时间持续时间250250周期周期类类特定特定 特定特定 特定特定 特定特定 特定特定 抗干扰培训教材47 值得注意的是，控制系统在工程的应用中，往往都是两路电源值得注意的是，控制系统在工程的应用中，往往都是两路电源热备供电。在两路电源的切换过程中，无论是采用继电器或者热备供电。在两路电源的切换过程中，无论是采用继电器或者是其他的方式，对控制系统必然会有一个短暂的电源中断时间。是其他的方式，对控制系统必然会有一个短暂的电源中断时间。这个因热备电源的切换所带来的短暂的中断时间

40、应该小于控制这个因热备电源的切换所带来的短暂的中断时间应该小于控制系统的允许值（即抗扰度）。其最小值为系统的允许值（即抗扰度）。其最小值为10ms10ms，一般的控制系，一般的控制系统允许的短暂的中断时间可达统允许的短暂的中断时间可达20ms20ms。抗干扰培训教材48直流电源输入端口 试验项目试验项目试验等级试验等级%UT%UT 持续时间持续时间s s 电压暂降电压暂降4040和和70700.01,0.03,0.1,0.3,10.01,0.03,0.1,0.3,1或或 或或短时中断短时中断0 00.001,0.003,0.01,0.03,0.1,0.3,10.001,0.003,0.01,0

41、.03,0.1,0.3,1或或 电压变化电压变化8585和和1201200.1,0.3,1,3,10,0.1,0.3,1,3,10,或或 或或8080和和120120或或抗干扰培训教材495.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度 电快速瞬变脉冲群（简称电快速瞬变脉冲群（简称“群脉冲群脉冲”）来源于切换瞬态过程，）来源于切换瞬态过程，如：如：1 1）感性负载的切断；）感性负载的切断；2 2）继电器、接触器触点的跳动；）继电器、接触器触点的跳动；3 3）高压开关装置的切换等。）高压开关装置的切换等。其频谱范围为（其频谱范围为（1 1100100）MHzMHz，甚至可高达，甚至可高达300MHz300MHz。

42、抗干扰培训教材50 其特点是上升时间快（5ns），持续时间短（50ns），能量低，但具有较高的重复频率。它们会骚扰系统的运行。抗干扰培训教材51 试验时，产生电快速瞬变脉冲群发生器的主要特性参数（在接试验时，产生电快速瞬变脉冲群发生器的主要特性参数（在接5050负载时）是：负载时）是：1 1）有正负极性。）有正负极性。2 2）单个脉冲的上升时间为）单个脉冲的上升时间为5ns5ns30%30%。3 3）脉冲持续时间（半峰值）为）脉冲持续时间（半峰值）为50ns50ns30%30%。4 4）与供电电源异步。）与供电电源异步。5 5）脉冲群持续时间为）脉冲群持续时间为15ms15ms20%20%。6

43、 6）脉冲群周期为）脉冲群周期为300ms300ms20%20%。7 7）脉冲重复率：开路输出电压为）脉冲重复率：开路输出电压为0.250.25、0.50.5、1 1、2kV2kV时为时为5kHz5kHz20%20%；开路；开路输出电压为输出电压为4kV4kV时为时为2.5kHz2.5kHz20%20%。8 8）开路输出电压为）开路输出电压为0.25kV0.25kV（1-10%1-10%）4kV4kV（1+10%1+10%）。）。抗干扰培训教材52试验等级试验等级电源端口电源端口.保护地（保护地（PEPE）I/OI/O信号、数据、控制端口信号、数据、控制端口电压峰值电压峰值 kVkV重复频率重

44、复频率 HzHz电压峰值电压峰值 kVkV重复频率重复频率 HzHz1 10.5kV0.5kV5kHz5kHz0.25kV0.25kV5kHz5kHz2 21kV1kV5kHz5kHz0.5kV0.5kV5kHz5kHz3 32kV2kV5kHz5kHz1kV1kV5kHz5kHz4 44kV4kV2.5kHz2.5kHz2kV2kV5kHz5kHz*特定特定特定特定特定特定特定特定抗干扰培训教材53 实际工业中遇见的群脉冲的频谱很宽：实际工业中遇见的群脉冲的频谱很宽：开关电路：开关电路：100kHz300MHz日光灯：日光灯：0.1MHz 3MHz抗干扰培训教材545.3 浪涌（冲击）抗扰度

45、 浪涌的主要来源包括电源系统的切换瞬变、各种系统的故障浪涌的主要来源包括电源系统的切换瞬变、各种系统的故障（如接地系统间的短路等）和雷电瞬变（包括直击雷和感应雷）等。（如接地系统间的短路等）和雷电瞬变（包括直击雷和感应雷）等。浪涌的特点是上升沿的变化速度快，瞬态功率大。用于控制系统的浪涌的特点是上升沿的变化速度快，瞬态功率大。用于控制系统的浪涌试验波形如下图所示，其中浪涌试验波形如下图所示，其中1.2/501.2/50为电压波形，为电压波形，8/208/20为电流为电流波形。波形。试验波形的特征参数：波前时间试验波形的特征参数：波前时间T T1 1、半峰时间、半峰时间T T2 2、峰值。、峰值

46、。抗干扰培训教材55峰值、波前时间T1、半峰时T2100%50%0T1T2抗干扰培训教材56抗干扰培训教材57 试验等级试验等级开路试验电压（开路试验电压（10%10%），），kVkV1 10.50.52 21.01.03 32.02.04 44.04.0*特定特定抗干扰培训教材58 试验时首先要确定试验部位（如电源、试验时首先要确定试验部位（如电源、I/OI/O、通信等端口）；、通信等端口）；在每个试验部位，正负极性的干扰至少要各加在每个试验部位，正负极性的干扰至少要各加5 5次，每次浪涌的最次，每次浪涌的最大重复率为大重复率为1 1次次/分。相对于交流电源，干扰波应同步在电源波形的分。相对

47、于交流电源，干扰波应同步在电源波形的过零点和正负峰值点上。试验电压逐步增加到规定的电平值，试验过零点和正负峰值点上。试验电压逐步增加到规定的电平值，试验电压逐次加在每一根线与地之间。试验电压不能随意超过规定的要电压逐次加在每一根线与地之间。试验电压不能随意超过规定的要求。求。质疑：质疑：1 1）为什么不区分雷电浪涌和开关浪涌？）为什么不区分雷电浪涌和开关浪涌？2 2）为什么有电压浪涌的指标值，而没有电流浪涌的指标值？）为什么有电压浪涌的指标值，而没有电流浪涌的指标值？抗干扰培训教材595.4 静电抗扰度 静电系由非常低的能量累积以电容模式储存在人体或设备表静电系由非常低的能量累积以电容模式储存

48、在人体或设备表面，由突发触及使其储能以极大的速度崩溃放电而成，其频宽可由面，由突发触及使其储能以极大的速度崩溃放电而成，其频宽可由数百数百MHzMHz到数个到数个GHzGHz。静电放电具有高电位、低电量、小电流和作用。静电放电具有高电位、低电量、小电流和作用时间短的特点。时间短的特点。由于静电放电波形的上升沿时间很短，约由于静电放电波形的上升沿时间很短，约1 1纳秒左右，电流的变纳秒左右，电流的变化率很大，所以对电路的影响很大，特别是对化率很大，所以对电路的影响很大，特别是对CMOSCMOS器件，因为其氧器件，因为其氧化膜的耐压界限一般仅为（化膜的耐压界限一般仅为（100-150100-150

49、）V V。任何物体间的接触和分离就会有静电产生，从控制系统的制造任何物体间的接触和分离就会有静电产生，从控制系统的制造到使用，包括运输、存放以及操作人员在人机界面上的接触，都有到使用，包括运输、存放以及操作人员在人机界面上的接触，都有静电的释放。其中人体是最主要的静电放电源头。静电的释放。其中人体是最主要的静电放电源头。抗干扰培训教材60t tI60ns30ns30ns抗干扰培训教材61试验等级试验等级接触放电电压（接触放电电压（kVkV）空气放电电压（空气放电电压（kVkV）1 12 22 22 24 44 43 36 68 84 48 81515*特定特定特定特定抗干扰培训教材625.5

50、工频磁场抗扰度 工频磁场是最常见的干扰源。如导体中的工频电流，变压器等工频磁场是最常见的干扰源。如导体中的工频电流，变压器等电力设备的漏磁通等。电力设备的漏磁通等。工频磁场可以分以下两种情况：工频磁场可以分以下两种情况：1 1）正常运行条件下的电流所产生稳定的磁场，其幅值较小（）正常运行条件下的电流所产生稳定的磁场，其幅值较小（1 1100100）A/mA/m。2 2）故障情况下的电流，能产生幅值较高、但持续时间较短的磁场，）故障情况下的电流，能产生幅值较高、但持续时间较短的磁场，直到保护装置动作为止（直到保护装置动作为止（30030010001000）A/mA/m。工频磁场的试验等级分稳定和