电力电子EMC专辑:第1讲 EMC基本概念

 大家好,随着电力电子技术的快速发展,功率器件的开关速度越来越快,器件开关暂态造成的EMI问题也越来越严重,目前自己对于此方面的知识相对欠缺,因此想系统性的梳理一下电力电子相关EMC知识,记录一下自己的学习过程。。。

 

01. EMC基本定义                           

国际电工委员会对电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)的定义为:设备或系统在其电磁环境中能够正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。根据该定义,电磁兼容的研究包括两个基本范畴:电磁干扰 (Electromagnetic Interference,EMI) 和 电磁敏感性 (Electromagnetic Susceptibility, EMS)。EMI是指设备或系统向外发出电磁噪声,EMS则指电气产品抵抗外界电磁噪声的能力。
 

02. EMI基本要素                       

    电磁干扰的三个基本要素包括:干扰源、耦合途径以及敏感设备

    干扰源:指产生电磁干扰的任何元件、器件、设备、系统或自然现象。对于电力电子变流器而言,干扰源主要集中在功率开关器件以及电感器、变压器等磁性元件

    耦合途径:指将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通路或媒介。

    敏感设备:指受到电磁干扰的设备,或者说对电磁干扰发生影响的设。

 

03. EMI耦合途径                    

电磁干扰可分为传导耦合辐射耦合两大类。
其传导干扰主要通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络,传导干扰可以进一步分为共模干扰差模干扰,导电介质可包括导线、供电电源、机架、接地平面、互感或电容等。
辐射干扰途径是干扰源的能量以电磁场的形式传播,其频率范围比传导噪声频率宽很多。辐射干扰根据观察点与干扰源的距离 γ 又可分为近场干扰远场干扰。一般把 γ  范围内的干扰视为近场干扰,把 γ > λ/2π 范围外的干扰视为远场干扰,其中λ为干扰源中最高频率分量的电磁波长。在近场条件下,电场和磁场必须分别考虑,因此近场干扰再次分为电场耦合与磁场耦合[1]。

04. 电力电子EMI特殊性                          

1)电力电子设备处理电压、电流大,电压、电流变化率也很高,因此产生的干扰强度较大,相对于其它电子产品的数字电路而言,电力电子产品的干扰源较为明晰,主要集中在功率开关器件以及电感器、变压器等磁性元件。关于目前功率器件dv/dt和di/dt相关科普可以参考老耿以前的文章:
功率器件的dv/dt和di/dt有多大?
2)相对电磁干扰波长而言,大部分功率变流器的尺寸较小(电尺寸),因此电力电子设备产生的干扰主要以传导干扰和近场干扰为主,关于电力电子装置电尺寸的知识可以参考老耿以前的另一篇文章:
电力电子中的电大、电小尺寸?
参考文献:[1], 功率变流器传导的近场耦合建模, 浙江大学博士论文 2006.

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