整流装置对电网的干扰及其抑制措施

摘要：开关电源的电磁干扰对电子设备的性能影响很大，因此，各种标准对抑制电源设备电磁干扰的要求已越来越高。

对开关电源中电磁干扰的产生机理做了简要的描述，着重总结了几种近年提出的新的抑制电磁干扰的方法，并对其原理、应用做了简单介绍。

1 引言随着电子设备的大量应用，电源在这些设备中的地位越来越重要，而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点，在电源中占的比重越来越大。

开关电源大多工作在高频情况下，在开关器件的开关过程中，寄生元件（如寄生电容、寄生电感等）中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰（ ElectromagneticInterference ， EMI ）。

EMI 信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（ ElectromagneticCompatibility ）性。

随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高，对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。

本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。

2 电磁干扰的产生和传播方式开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。

通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究；但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。

下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。

2.1传导干扰的产生和传播传导干扰可分为共模（ CommonMode CM ）干扰和差模（ DifferentialMode DM ）干扰。

由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，使得开关电源在其输入端（即交流电网侧）产生较大的共模干扰和差模干扰。

2.1.1 共模（ CM ）干扰变换器工作在高频情况时，由于 dv/dt 很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。

抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。

根据上篇分析的电磁干扰源，结合它们的耦合途径，可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰，把电磁干扰衰减到允许限度之内。

1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。

电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。

电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。

该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。

在电路中，跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 （亦称X 电容）用于滤除差模干扰信号，一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器，电容值通常取0.1~ 0. 47F。

而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 （亦称Y 电容）则用来短路共模噪声电流，取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。

抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H，共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成，通常要求其电感量L#15~ 25 mH。

当负载电流渡过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。

因此，即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。

而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。

2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化，因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率（ du/ dt 和di/ dt ）。

采取吸收电路能够抑制EMI，其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰的发生。

可以在开关管两端并联如图2（ a）所示的RC 吸收电路，开关管或二极管在开通和关断过程中，管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压，可以通过缓冲的方法予以克服。

（3）
I sn
(a)
在电力系统某一有谐波电流注入的母线上，电力系统的 简化接线如图（a）所示。谐波电流源产生的高次谐波电流， 流向基波源，即流向电源侧。In 为负荷的谐波电流，Zsn 为 系统的谐波阻抗，谐波电流流过系统谐波阻抗时产生的电压 降，就是谐波电压： 206 2015 年 12 期
（4） 式（3）、（4）可以看出，进入电容器回路的谐波电流
X s 的 10～14%，忽略 Rs ，则电容
器对 3 次谐波电流将有可能放大 21～30 倍。 图（c）中，系统谐波导纳为：
Ysn G sn jBsn
1 1 Z sn Rsn jX sn
（7 ） ：
压器、线路等设备的电容量很小，而感抗相对很大，因此电 路的自然频率和高次谐波电流频率相比要大得多。谐波共振 现象往往发生在千赫频率以上的范围，而高次谐波电流的幅 值较小，即使被大大地增幅，共振所造成的影响也没有考虑 的价值。 3 电力系统和电容器回路谐波电流的变化 “电力系统和电容器回路谐波电流的变化曲线”相关内 容参见《电力电容器与无功补偿》1996 年第 01 期，本文中 不做论述。 电力系统中的谐波电流一般以 5 次、7 次较大，11 次、 13 次次之，3 次并不严重。当电容器串联了 KL=4%的电抗器 后，3 次谐波电流将被放大，电容器支路中往往电感感抗与 容抗的比值在 KL=6∽7%时，使 3 次谐波电流处于谐振状态。 正常运行时，由于 3 次谐波电流不大并不会感到问题的严重 性。但在电网设备操作时，3 次谐波电流可能较大，且不对 称程度也较大，此时很容易发生电力系统继电保护误动或者 设备损坏的事故，这是应引起注意的。因此，在 3 次谐波电 流较大的场合或在电网枢纽变电所中， 以配备 KL （如 KL=12%） 较大的电抗器为宜。 当谐波源在变压器高压侧，而电容器接在变压器低压侧 时，相当于在电容器回路中串联了变压器电抗。设变压器基 波电抗为 XT，电容器基波电抗为 XC，则可用 XT 与 XC 的比 值近似表示 KL。若已知变压器额定容量 SNT，低压（接入电 容器侧） 额定电压 UNT， 短路阻抗 UK%和电容器额定容量 QNC， 电容器额定电压 UNC 时，可求得 KL 值如下：

485通信中干扰抑制方法ﻫRS-4８5匹配电阻RS—4８5就是差分电平通信，在距离较长或速率较高时,线路存在回波干扰,此时要在通信线路首末两端并联1２0Ω匹配电阻.推荐在通信速率大于19、2Kbｐｓ或线路长度大于50０米时，才考虑加接匹配电阻。

ﻫＲＳ—485接地ﻫRＳ—４85通信双方得地电位差要求小于1Ｖ，所以建议将两边ＲS-485接口得信号地相连,注意信号地不要接大地。

ﻫﻫ还有,就就是采用隔离措施ﻫ变频器应用中得干扰抑制措施在进线侧加装电抗器,可以抑制变频器产生得谐波对电网得干扰。

输出侧不能加吸收电容,因为会导致变频器过电流时延迟过电流保护动作,只能加电抗器，以改善功率因数.ﻫ避免变频器得动力线与信号线平行布线与集束布线，应分散布线。

检测器得连接线、控制用信号线要使用双绞屏蔽线。

变频器、电机得接地线应接到同一点上。

在大量产生噪声得机器上装设浪涌抑制器，加数据线滤波器到信号线上。

将检测器得连接线、控制用信号线得屏蔽层用电缆金属夹钳接地.ﻫ信号线与动力线使用屏蔽线并分别套入金属管后，效果更好。

容易受干扰得其它设备得信号线,应远离变频器与她得输入输出线.如何解决中频炉得谐波干扰中频炉在使用中产生大量得谐波,导致电网中得谐波污染非常严重。

谐波使电能传输与利用得效率降低，使电气设备过热，产生振动与噪声,并使其绝缘老化，使用寿命降低,甚至发生故障或烧毁;谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大，造成电容补偿设备等设备烧毁。

谐波还会引起继电器保护与自动装置误动作，使电能计量出现混乱。

对于电力系统外部,谐波会对通信设备与电子设备产生严重干扰,因而，改善中频炉电力品质成为应对得主要着力点.ﻫﻫ滤除中频炉系统谐波得传统方法就是ＬC滤波器，LC滤波器就是传统得无源谐波抑制装置，由滤波电容器、电抗器与电阻器适当组合而成,与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿得需要。

这种滤波器出现最早,成本比较低,但同时存在一些较难克服得缺点,比如只能针对单次谐波,容易产生谐波共振,导致设备损毁,随着时间谐振点会漂移，导致谐波滤除效果越来越差。