控制工程中的电磁兼容

绪论 / 001

1.1控制工程中的电磁兼容 / 001

1.2电磁噪声和干扰 / 002

1.3电磁噪声的分类 / 003

1.4构成电磁干扰问题的三要素 / 004

1.5电磁干扰的耦合途径 / 007

1.6电缆的屏蔽 / 008

1.7接地系统 / 008

1.8解决抗干扰问题的基本理论和必要的工具 / 010

1.9区分工艺参数发生异常的两种可能性 / 010

2干扰的电容性耦合和电缆的静电屏蔽 / 013

2.1电容性耦合的模型 / 013

2.2工程上估算感应噪声电压Un大小的方法 / 015

2.3雷击中的电容性耦合 / 016

2.4抑制电容性耦合的措施 / 018

2.5电缆的静电屏蔽 / 019

2.6主动屏蔽与被动屏蔽 / 020

2.7静电屏蔽和拉开电缆间距效果的比较 / 021

2.8不同屏蔽材料的屏蔽效能 / 022

2.9某核电站反应堆停堆事故的分析与解决方案 / 022

2.9.1事故的描述 / 022

2.9.2事故原因的理论分析 / 023

2.9.3现场试验 / 024

2.9.4解决方案 / 025

3干扰的电感性耦合和电缆的电磁屏蔽 / 027

3.1电感性耦合的模型 / 027

3.2同轴电缆的主动电磁屏蔽 / 029

3.3同轴电缆的被动电磁屏蔽 / 031

3.4双绞线的电磁屏蔽原理及其应用 / 032

3.4.1主动电磁屏蔽 / 032

3.4.2被动电磁屏蔽 / 033

3.5同轴电缆和屏蔽双绞线的应用 / 034

3.6电容性耦合与电感性耦合的区分 / 035

3.7金属管线对雷电磁场的屏蔽作用 / 035

3.7.1概述 / 035

3.7.2理论分析 / 037

3.7.3金属屏蔽管两端接地的地电位差带来的影响 / 038

4干扰的辐射耦合和电缆的辐射屏蔽 / 040

4.1近场和远场（感应场和辐射场） / 041

4.2波阻抗 / 042

4.3电磁场耦合的感应噪声 / 043

4.4抑制辐射耦合的主要方法——辐射屏蔽 / 044

4.5电缆屏蔽的综述 / 047

5控制室的网格屏蔽 / 051

5.1从一个引例看控制室的屏蔽 / 051

5.2计算步骤 / 053

5.3脉冲磁场抗扰度Ha的取值 / 056

5.4计算实例 / 058

5.4.1例1 / 058

5.4.2例2 / 059

5.5关于屏蔽导体截面积的影响 / 060

5.6屏蔽网格尺寸的工程用查表 / 0616接地系统的接地体 / 064

6.1接地系统的基本概念 / 064

6.1.1概述 / 064

6.1.2接地体的结构 / 066

6.1.3控制系统设置保护地的原则 / 067

6.1.4接地系统产生的电磁干扰 / 068

6.2接地电阻 / 069

6.2.1接地电阻的定义 / 069

6.2.2接地电阻的计算值 / 071

6.2.3不同接地体的接地电阻的理论计算式 / 073

6.2.4降阻剂 / 077

6.2.5离子接地体 / 079

6.3独立接地和共用接地网的比较 / 080

6.3.1接地方式的形态 / 081

6.3.2独立接地 / 081

6.3.3共用接地网 / 084

6.4工频接地电阻和冲击接地电阻 / 087

6.5共用接地网接地电阻的测量 / 090

6.6土壤电阻率的测量 / 0907接地系统的连接 / 092

7.1接地连接的总体要求 / 092

7.2接地连接的耦合 / 093

7.2.1串联接地 / 093

7.2.2并联接地 / 094

7.3机柜内接地汇流排的设置和分类汇总 / 096

7.4低压交流供电系统的接地制式 / 097

7.5控制系统接地连接的相关问题 / 100

7.5.1现场仪表的接地连接 / 100

7.5.2接地的搭接 / 101

7.5.3关于控制系统机柜的对地浮空 / 103

7.5.4接地干线的屏蔽 / 104

7.5.5浮地 / 105

7.6运动系统的接地技术 / 105

7.6.1船舶接地系统 / 105

7.6.2悬浮接地系统 / 107

7.7控制系统对接地电阻值要求的讨论 / 107

7.7.1我国涉及电气装置接地电阻值要求的相关标准 / 108

7.7.2控制机柜的接触电位差和对保护地接地电阻值的要求 / 109

7.7.3控制系统对工作地接地电阻值的要求 / 110

7.7.4控制系统对接地电阻值要求的结论 / 1118隔离与滤波 / 113

8.1交流低压电源的隔离 / 113

8.1.1控制系统对交流低压电源的一般要求 / 114

8.1.2交流电源中产生干扰的主要原因 / 114

8.1.3隔离变压器 / 115

8.1.4交流低压系统的零地电压对控制系统的影响 / 117

8.2信号的隔离 / 119

8.2.1信号的传输隔离 / 120

8.2.2信号的转换隔离 / 120

8.2.3信号的分配隔离 / 121

8.2.4信号的安全隔离 / 121

8.2.5电源隔离 / 122

8.2.6隔离精度 / 122

8.2.7无源隔离器和信号的驱动能力 / 123

8.2.8隔离器的响应时间 / 124

8.2.9开关量的隔离 / 124

8.3I／O信号的数字滤波 / 127

8.3.1模拟信号的数字滤波 / 127

8.3.2开关量信号的采样滤波 / 130

8.4铁氧体磁环滤波器 / 132

8.5长线传输干扰的抑制 / 135

8.5.1数字信号传输过程中的波反射 / 136

8.5.2终端开路时的波反射 / 136

8.5.3终端短路时的波反射 / 137

8.5.4终端电阻的匹配 / 138

8.5.5抑制波反射的几种匹配措施 / 1389控制系统的静电防护 / 140

9.1静电放电的特点 / 141

9.2人体的静电模型（HBM） / 144

9.3静电防护的软接地 / 147

9.4防静电工作区的理念 / 150

9.4.1概述 / 150

9.4.2EPA等级的划分 / 151

9.4.3EPA要素 / 151

9.4.4EPA静电泄漏电阻的取值 / 153

9.5控制室静电防护的基本措施 / 153

9.6防静电地面和其接地 / 156

附1物体带电顺序表和人体、器件带电电压值 / 157

附2防静电工作区的环境条件要求 / 15810控制系统的雷电防护 / 160

10.1雷电概述 / 160

10.1.1雷云结构和放电原理 / 160

10.1.2直击雷（云对地）的选择性 / 162

10.1.3雷电流威胁控制系统的危险半径 / 163

10.2外部防雷装置的基本原理 / 165

10.3雷电对控制系统的侵害途径 / 167

10.3.1静电感应（电容性耦合） / 168

10.3.2电磁感应（电感性耦合） / 168

10.3.3反击（电阻性耦合） / 169

10.3.4电磁场辐射（电磁耦合） / 170

10.4控制系统雷电防护的基本措施 / 171

10.4.1接地／等电位连接 / 171

10.4.2电缆的屏蔽 / 173

10.4.3合理布线 / 175

10.4.4使用浪涌保护器（SPD） / 177

10.5交流低压电源系统SPD的应用 / 181

10.5.1控制系统用电设备的浪涌抗扰度 / 181

10.5.2TNS制配电系统中的SPD的配置方式 / 182

10.5.3控制室供电箱内SPD的参数选择 / 183

10.5.4多级SPD之间的能量配合和动作配合 / 185

10.6信号、通信线路的SPD / 187

10.6.1SPD配置的参考原则 / 187

10.6.2I／O信号SPD的参数值 / 188

10.6.3通信端口上的SPD的主要参数 / 188

10.7SPD安装中的一个问题 / 188

10.8几个案例分析所带来的思考 / 191

10.8.1控制系统的雷电防护是否一定要使用SPD / 191

10.8.2因反击造成的雷击事故 / 194

10.8.3安全栅能否替代SPD / 195

10.8.4某燃气公司混配站的雷击案例分析 / 196

10.8.5某石化公司加氢裂化装置DCS的雷害隐患 / 198

10.9浪涌保护器（SPD）的隔爆论证和本安论证 / 199

10.9.1概述 / 199

10.9.2关于爆炸危险场所的划分 / 202

10.9.3适用于SPD的防爆机制 / 203

10.9.4本安型系统的认证 / 20411控制系统的抗扰度与发射 / 209

11.1抑制串模干扰和共模干扰的能力 / 209

11.1.1共模干扰抑制比CMRR和串模干扰抑制比SMRR / 211

11.1.2关于CMRR指标值和SMRR指标值的计算方法 / 214

11.1.3建议 / 215

11.2仪表、控制系统的抗扰度 / 216

11.2.1电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度 / 218

11.2.2电快速瞬变脉冲群抗扰度 / 220

11.2.3浪涌（冲击）抗扰度 / 221

11.2.4静电抗扰度 / 223

11.2.5工频磁场抗扰度 / 223

11.2.6脉冲磁场抗扰度 / 224

11.2.7射频电磁场辐射抗扰度 / 224

11.2.8射频场感应的传导骚扰抗扰度 / 226

11.2.9评定抗扰度试验结果的通用原则（性能判据） / 227

11.3仪表、控制系统的发射 / 227

11.3.1电磁辐射发射（RE） / 228

11.3.2传导发射（CE） / 229

11.4电磁兼容设计 / 230参考文献 / 232

跋——真实的感悟 / 237

徐义亨，1940年生，1962年毕业于浙江大学化工自动化专业。先后于原化学工业部沈阳化工研究院、原冶金工业部鞍山焦化耐火材料设计研究院、浙江中控集团等单位从事过程控制系统的工程设计和研究开发工作。现为中国仪表和自动化发展60年史料《飞鸿踏雪泥》编委会学术编委。

近十多年来的工作重点是控制系统的电磁兼容，特别是在控制系统雷电防护方面所做的调查与研究，以及国家、行业等标准的编制和评审。

作者曾发表论文或技术类文章约80余篇，内容包括精馏过程控制的模型、模糊控制、推断控制、可编程控制器（PLC）以及控制系统的电磁兼容（EMC）等，曾出版专著两本。2100433B

本书重点介绍控制工程中电磁兼容的基础知识和工程实践。

第1篇 中国强制性产品认证中的电磁兼容问题

第1章 中国的强制性产品认证制度

1.1 中国的强制性产品认证制度

1.1.1 什么是强制性产品认证

1.1.2 中国的强制性产品认证制度

1.1.3 实行强制性产品认证的重要意义

1.1.4 第一批实施强制性产品认证的产品目录

1.2 强制性产品认证中的电磁兼容问题

1.2.1 电磁兼容问题在产品认证中的地位

1.2.2 强制性产品认证中的电磁兼容测试

第2章 中国电磁兼容标准化简介

2.1 cispr出版物

2.2 iec/tc77制定的iec61000系列标准

2.3 中国的电磁兼容标准与国际标准的对应情况

第2篇 电磁兼容基本术语和标准化试验

第3章 电磁兼容基本术语和标准化试验

3.1 基本名词术语解释

3.2 标准化试验

第4章 电气和电子产品对电磁兼容测试的基本要求

4.1 电磁兼容测试标准的标准体系

.4.1.1 基础标准

4.1.2 通用标准

4.1.3 产品族标准

4.1.4 专用产品标准

4.2 通用标准在电磁兼容标准体系中的地位

4.3 通用的电磁骚扰发射标准

4.3.1 试验端口的概念

4.3.2 各试验端口的电磁骚扰发射限值

4.3.3 试验中的注意事项

4.4 通用的抗扰度标准

4.4.1 试验端口

4.4.2 各试验端口的抗扰度要求

4.4.3 试验中的注意事项

4.4.4 试品性能的评定准则

4.5 小结

第5章 产品的电磁骚扰测量方法

5.1 交流电源线的传导骚扰测量（测量频率范围0.15～30mhz）

5.1.1 试验布局

5.1.2 测量接收机

5.1.3 人工电源网络

5.1.4 人工模拟手

5.1.5 试验方法

5.2 交流电源线的断续骚扰测量（测量频率范围0.15～30mhz）

5.2.1 断续骚扰和喀呖声

5.2.2 喀呖声骚扰的测量方法

5.2.3 试验方法

5.3 信号线、控制线、直流电源线的传导骚扰测量

（测量频率范围0.15～30mhz）

5.3.1 试验布局

5.3.2 电压探头

5.4 用吸收钳法测量试品产生的辐射发射（测量频率范围30～300mhz）

5.4.1 试验方法的提出与试验布局

5.4.2 功率吸收钳

5.4.3 试验线路说明

5.4.4 吸收钳校正

5.4.5 对用吸收钳法测试辐射骚扰发射的点评

5.5 辐射骚扰的场强测量（测量频率范围30～1 000mhz）

5.5.1 试验布局

5.5.2 必要的试验设施

5.5.3 试验方法

5.6 辐射骚扰磁场分量的测量（测量频率范围9khz～30mhz）

5.6.1 试验布局

5.6.2 环天线

第6章 设备运行对电网供电质量的影响和测量方法

6.1 问题提出

6.2 谐波电流的测量

6.2.1 谐波电流的产生

6.2.2 谐波电流的危害

6.2.3 gb17625.1标准简介

6.2.4 测量线路与测量方法

6.2.5 标准点评

6.3 电压波动和闪烁的测量

6.3.1 电压波动和闪烁的产生

6.3.2 gb17625.2标准简介

6.3.3 测量线路

6.3.4 测量方法

6.3.5 标准点评

6.4 小结

第7章 常用产品抗扰度标准和测试方法

7.1 静电放电抗扰度试验

7.1.1 静电的产生与危害

7.1.2 静电放电试验

7.1.3 静电放电的模拟

7.1.4 试验中的放电方式

7.1.5 实验室的形式试验

7.1.6 现场试验

7.1.7 试验等级

7.1.8 标准点评

7.2 射频辐射电磁场抗扰度试验

7.2.1 射频辐射电磁场抗扰度试验的由来

7.2.2 射频辐射电磁场抗扰度试验

7.2.3 试验等级

7.2.4 试验方法

7.2.5 标准点评

7.3 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

7.3.1 电快速瞬变脉冲群的产生和对设备可靠性的影响

7.3.2 脉冲群发生器

7.3.3 实验室配置和布局

7.3.4 实验室的形式试验

7.3.5 现场试验

7.3.6 标准点评

7.4 雷击浪涌抗扰度试验

7.4.1 雷击浪涌试验的提出

7.4.2 雷击浪涌发生器

7.4.3 雷击浪涌抗扰度试验

7.4.4 标准点评

7.5 由射频场感应所引起的传导干扰抗扰度试验

7.5.1 由射频场感应引起的传导干扰的由来

7.5.2 试验要求和试验等级

7.5.3 试验设备

7.5.4 采用耦合/去耦网络的试验方法

7.5.5 采用夹注入的试验方法

7.5.6 不同耦合情况对试验发生器的要求

7.5.7 试验记录与试验报告

7.6 工频磁场抗扰度试验

7.6.1 问题的提出

7.6.2 试验仪器

7.6.3 基本试验配置

7.6.4 试验

7.6.5 试验等级及产品试验要求举例

7.7 电压跌落、短时中断和电压渐变抗扰度试验

7.7.1 电压跌落、短时中断和电压渐变的产生

7.7.2 试验仪器

7.7.3 试验方法

7.7.4 电压瞬时跌落和短时中断的优先选用试验等级及持续时间

7.8 衰减振荡波抗扰度试验

7.8.1 问题的提出

7.8.2 试验仪器

7.8.3 试验

7.8.4 试验等级

7.9 高频噪声模拟器

7.9.1 问题的提出

7.9.2 高频噪声模拟器的工作原理和主要技术指标

7.9.3 用高频噪声模拟器做被试设备的抗扰度试验

7.9.4 高频噪声模拟器与脉冲群发生器的比较

7.10 车载电气、电子设备的传导瞬变发射和设备的抗瞬变干扰能力测试

7.10.1 试验条件

7.10.2 设备的瞬变电压发射试验

7.10.3 设备的抗扰度试验

7.10.4 除电源线外，p3脉冲经串扰方式对设备造成的干扰

第3篇 测试场地

第8章 开阔试验场

8.1 对开阔试验场的要求

8.1.1 面积

8.1.2 环境条件

8.1.3 反射地面

8.1.4 环境保护罩

8.1.5 转台

8.1.6 天线升降设备

8.1.7 测试仪器的安置

8.2 开阔试验场使用的局限性

第9章 屏蔽室

9.1 屏蔽室的分类

9.1.1 单层钢板可拆卸式

9.1.2 双层钢板可拆卸式

9.1.3 单层钢板焊接式

9.1.4 金属网可拆卸式

9.1.5 薄膜屏蔽和金属喷涂层屏蔽室

9.2 屏蔽室关键部位的结构

9.2.1 双层屏蔽的屏蔽室结构

9.2.2 屏蔽室的接地

9.2.3 通风窗

9.2.4 屏蔽室门

9.2.5 滤波器

9.2.6 室内照明

9.3 屏蔽室的实际屏蔽效果

第10章 电波暗室

10.1 电波暗室的分类及其主要特征

10.1.1 全电波暗室

10.1.2 半电波暗室

10.2 电波暗室的结构和吸波材料

10.3 电波暗室的性能校验

10.3.1 屏蔽性能的校验

10.3.2 场地衰减性能的校验

10.3.3 场地均匀性的校验

第11章 gtem小室

11.1 gtem小室简介

11.2 结构

11.3 工作原理

11.4 性能指标

11.5 gtem小室在电磁兼容测试中的应用

11.5.1 射频辐射电磁场抗扰度试验

11.5.2 试品的电磁骚扰辐射发射测试系统

第4篇 产品的电磁兼容性设计

第12章 产品骚扰的抑制方法

12.1 接地（接参考地）

12.1.1 参考地的概念

12.1.2 设备参考地的接法

12.1.3 参考接地线的处理（搭接）

12.1.4 单点接地例

12.1.5 单点接地小结

12.1.6 搭接不良对设备的影响例

12.2 设备的接地（接大地）

12.2.1 供电系统的接地

12.2.2 接大地线的处理问题

12.2.3 接地系统与防雷保护

12.3 屏蔽

12.3.1 电场屏蔽

12.3.2 磁场屏蔽

12.3.3 电磁场屏蔽

12.4 机箱的屏蔽设计

12.4.1 概述

12.4.2 关于孔缝

12.4.3 电磁密封处理

12.4.4 显示窗口的屏蔽处理

12.4.5 通风孔的处理

12.4.6 控制轴的处理

12.4.7 指示器、按键和灯的处理

12.4.8 辅料

第13章 提高产品抗扰度的方法

13.1 导论

13.1.1 干扰的方式

13.1.2 对干扰方式的判断

13.1.3 电源线上干扰的类型

13.1.4 干扰是如何进入设备的

13.1.5 干扰对设备工作的影响

13.1.6 干扰的抑制技术

13.2 专用线路

13.3 瞬变干扰吸收器件

13.3.1 气体放电管

13.3.2 金属氧化物压敏电阻（mov）

13.3.3 硅瞬变电压吸收二极管（tvs管）

13.3.4 固体放电管

13.3.5 组合式保护器

13.4 滤波器

13.4.1 电源线滤波器

13.4.2 铁氧体抗干扰磁心

13.4.3 信号线滤波器

13.5 隔离变压器

13.5.1 概述

13.5.2 最简单的隔离变压器

13.5.3 带屏蔽层的隔离变压器

13.5.4 高性能隔离变压器

13.5.5 隔离变压器的安装

第14章 产品内部的电磁兼容性设计

14.1 印刷线路板上的电磁兼容问题

14.1.1 印刷线路板的设计

14.1.2 电路设计上的一些有益建议

14.1.3 关于电路设计建议的若干说明

14.2 开关电源设计中的电磁兼容问题

14.2.1 开关电源中谐波电流和功率因数的改进

14.2.2 开关电源的电磁兼容性的改进

14.2.3 输出噪声的减小

14.2.4 其他

14.2.5 设计举例

14.3 电缆线的选择、屏蔽和接地

14.3.1 常用电缆线的选择

14.3.2 电缆线的屏蔽层

14.3.3 电缆线屏蔽层的接地问题

14.3.4 屏蔽电缆的端接方法

14.4 设备的内部布线

14.4.1 电缆的干扰问题

14.4.2 串扰

14.4.3 电缆线辐射与对外界干扰的抑制

14.5 设备对静电放电的防护

14.5.1 静电放电的机理

14.5.2 静电放电的防护

14.5.3 静电的消除

14.6 设备内部的开关触点的处理

14.6.1 开关断开过程中的瞬变干扰的形成原理

14.6.2 开关切换瞬变的抑制

14.7 含有电动机的设备的电磁骚扰抑制

14.7.1 骚扰产生的原因

14.7.2 骚扰的抑制

第5篇 电气装配、试验对策、性能摸底

第15章 设备电气设计和装配中应考虑的问题

15.1 设备电气设计的一般原则

15.2 设备中元器件、电气配件排布和安装的原则

15.3 导线的排布

15.3.1 导线排布时应注意的问题

15.3.2 汇流排设计、排布与安装的注意事项

15.4 安全与可靠性

15.4.1 绝缘与抗电强度

15.4.2 电磁干扰与防护

15.4.3 设备的可靠性

15.5 结束语

第16章 设备电磁兼容性的定性探测

16.1 比较“正规”的配置方案

16.2 定性试验的配置方案

16.2.1 传导骚扰的定性观察法

16.2.2 辐射骚扰发射的定性观察法

第17章 电磁兼容故障的诊断与处理意见

17.1 辐射发射超标

17.1.1 金属机箱屏蔽性能不完善

17.1.2 非金属机箱

17.1.3 线缆问题（包括怀疑是设备上余下线缆的问题在内）

17.2 传导骚扰发射超标

17.3 抗静电干扰不合格

17.3.1 直接放电

17.3.2 间接放电

17.4 抗射频辐射电磁场干扰不合格

17.5 抗脉冲群干扰不合格

17.6 抗浪涌干扰试验不合格

17.7 由射频场感应所引起的传导干扰抗扰度试验不合格

第18章 对电磁兼容的故障分析和判断方法简述

18.1 故障诊断的方法

18.2 故障信号的探测

18.3 小结

附录a 几个与强制性产品认证相关的问题

a.1 强制性产品认证中的组织管理

a.2 电气和电子产品强制性认证实施方法（以家用和类似用途设备为例说明）

a.3 处罚

附录b 《计测控制机器的抗干扰试验法导则编制报告书》（摘编）

附录c 某电磁兼容实验室设计实例

c.1 3m法标准电波暗室

c.2 简易电波暗室

c.3 放大器室

c.4 控制室

c.5 其他

附录d 机柜间的线缆处理原则

附录e 系统故障的现场检测实例（以变频调速系统为例）

参考资料

本书从3C认证中的电磁兼容问题入手，介绍了中国强制性产品认证制度的有关内容、电磁兼容基本名词术语，以及电磁兼容测试标准和方法。着重讲述了电子产品的电磁兼容性设计，包括提高产品抗扰度的方法，设备内部的电磁兼容性设计，设备安装、现场故障检测等，实用性强。