电磁兼容设计基础及干扰抑制技术 (2008 年度畅销榜NO.4724 )

本书为国家“九五”重点图书《现代电力电子技术丛书》中的一本分册。\r\n\r\n 本书系统、全面地分析了现代电磁干扰源、干扰耦合途径、电磁干扰抑制技术的基本原理和电磁兼容设计\r\n\r\n基础，结合国内外对EMC的最新研究成果，系统、全面地分析了电力电子装置和系统的电磁干扰、谐波和电磁兼容测量问题。\r\n\r\n 本书既考虑到电磁兼容技术在各应用领域的共性，又充分考虑到其在电力电子装置和系统中的特殊性，适用于电气工程、机械电子工程、通信与信息系统、测量计量技术及仪器学科的硕士研究生镊程，也可作为电器工程及其自动化、电子信息工程、自动化、测控技术与仪器本科专业高年级大学生的选修教材，还可作为从事实际工程开发工作的有关工程技术人员的参考书。\r\n
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第1篇 电磁兼容设计的基本原理 \r\n\r\n 第1章 概 述 \r\n\r\n 1. 1 电磁兼容一电磁干扰及电磁敏感度 \r\n\r\n 1. 2 电磁兼容性设计 \r\n\r\n 1. 3 电磁兼容性设计涉及到的技术及知识领域 \r\n\r\n 1. 4 电磁兼容设计的任务 \r\n\r\n 1. 5 电磁兼容设计中常用技术术语的定义 \r\n\r\n \r\n\r\n 第2章 电磁干扰源--电磁噪声 \r\n\r\n 2. 1 电磁干扰源的一般分类 \r\n\r\n 2. 2 自然干扰源 \r\n\r\n 2. 3 人为干扰源 \r\n\r\n 2. 3. 1 元器件的固有噪声 \r\n\r\n 2. 3. 2 物理或化学噪声源 \r\n\r\n 2. 3. 3 放电噪声 \r\n\r\n 2. 3. 4 电磁波辐射噪声 \r\n\r\n 2. 3. 5 半导体器件开关过程和变流电路引起的噪声 \r\n\r\n 2. 3. 5. 1 功率半导体器件开关过程造成的电磁噪声 \r\n\r\n 2. 3. 5. 2 整流电路造成的谐波干扰和电磁噪声 \r\n\r\n 2. 3. 5. 3 用PWM技术的各种电力电子电路造成的电磁噪声 \r\n\r\n 2. 3. 5. 4 高频开关电源造成的电磁噪声 \r\n\r\n \r\n\r\n 第3章 电磁噪声耦合途径 \r\n\r\n 3. 1 电磁噪声传导锅合 \r\n\r\n 3. 1. 1 直接传导耦合 \r\n\r\n 3. 1. 1. 1 电导性耦合 \r\n\r\n 3. 1. 1. 2 电感性耦合 \r\n\r\n 3. 1. 1. 3 电容性耦合 \r\n\r\n 3. 1. 2 电磁噪声通过公共阻抗耦合 \r\n\r\n 3. 1. 2. 1 公共地阻抗耦合 \r\n\r\n 3. 1. 2. 2 公共电源阻抗耦合 \r\n\r\n 3. 1. 3 转移阻抗耦合 \r\n\r\n 3. 2 电磁辐射耦合 \r\n\r\n 3. 2. 1 静电场. 感应电磁场和辐射电磁场 \r\n\r\n 3. 2. 2 波阻抗 \r\n\r\n 3. 2. 2. 1 远场波阻抗 \r\n\r\n 3. 2. 2. 2 近场波阻抗 \r\n\r\n 3. 2. 3 辐射对回路的远场耦合 \r\n\r\n 3. 2. 4 辐射对回路的近场耦合 \r\n\r\n 第2篇 电磁兼容设计及干扰抑制技术基础 \r\n\r\n \r\n\r\n 第4章 屏蔽技术 \r\n\r\n 4. 1 概 述 \r\n\r\n 4. 2 屏蔽的基本原理 \r\n\r\n 4. 2. 1 电场屏蔽的基本原理 \r\n\r\n 4. 2. 2 磁场屏蔽的基本原理 \r\n\r\n 4. 2. 3 辐射电磁场屏蔽的基本原理 \r\n\r\n 4. 3 理想屏蔽体屏蔽效能的计算 \r\n\r\n 4. 3. 1 衡量屏蔽体屏蔽效果的几种表示方法 \r\n\r\n 4. 3. 2 电磁波的反射损耗R \r\n\r\n 4. 3. 3 电磁波的吸收损耗A \r\n\r\n 4. 3. 4 电磁波的多次反射损耗B \r\n\r\n 4. 3. 5 屏蔽效能的计算 \r\n\r\n 4. 4 不完整屏蔽对屏蔽效果的影晌 \r\n\r\n 4. 4. 1 缝隙的影响 \r\n\r\n 4. 4. 2 开孔的影响 \r\n\r\n 4. 4. 3 金属网的影响 \r\n\r\n 4. 4. 4 薄膜及导电玻璃的影响 \r\n\r\n 4. 4. 5 屏蔽电缆的影响 \r\n\r\n 4. 5 屏蔽体的设计 \r\n\r\n 4. 5. 1 屏蔽体设计的一般原则 \r\n\r\n 4. 5. 2 屏蔽层材料的选择 \r\n\r\n 4. 5. 3 屏蔽体的结构设计 \r\n\r\n 4. 5. 3. 1 单层屏蔽结构与多层屏蔽结构 \r\n\r\n 4. 5. 3. 2 屏蔽体通风孔的结构设计 \r\n\r\n 4. 5. 3. 3 与屏蔽体外有关连的部件屏蔽结构设计 \r\n\r\n 4. 5. 4 屏蔽体的工艺设计 \r\n\r\n \r\n\r\n 第5章 接 地 \r\n\r\n 5. 1 安全地子接地系统 \r\n\r\n 5. 1. 1 防止设备漏电的安全接地 \r\n\r\n 5. 1. 2 防雷安全接地 \r\n\r\n 5. 2 信号地子系统 \r\n\r\n 5. 2. 1 单点信号地系统 \r\n\r\n 5. 2. 1. 1 信号地线串联一点接地方式 \r\n\r\n 5. 2. 1. 2 独立信号地线并联一点接地 \r\n\r\n 5. 2. 2 多点地网或地平面信号地系统 \r\n\r\n 5. 2. 2. 1 地平面和地栅系统 \r\n\r\n 5. 2. 2. 2 多点信号接地系统 \r\n\r\n 5. 2. 3 混合信号地系统 \r\n\r\n 5. 2. 3. 1 串联和并联接地组成的混合低频信号接地系统 \r\n\r\n 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 \r\n\r\n 5. 2. 4 浮空信号地系统 \r\n\r\n 5. 3 机壳(架)地子系统 \r\n\r\n 5. 4 屏蔽地子系统 \r\n\r\n 5. 4. 1 低电平. 信号输入部分的屏蔽地子系统设计 \r\n\r\n 5. 4. 1. 1 低电平. 低频信号屏蔽地子系统设计 \r\n\r\n 5. 4. 1. 2 低电平. 高频信号屏蔽地子系统 \r\n\r\n 5. 4. 2 高电平. 功率输出部分的屏蔽地子系统设计 \r\n\r\n 5. 5 电子装置组合系统接地举例 \r\n\r\n 5. 5. 1 集中控制组合装置的接地系统 \r\n\r\n 5. 5. 2 大型分散组合系统的接地系统 \r\n\r\n 5. 5. 3 计算机集中监控室的接地系统 \r\n\r\n \r\n\r\n 第6章 滤 波 \r\n\r\n 6. 1 概 述 \r\n\r\n 6. 2 无源滤波器的基本概念 \r\n\r\n 6. 2. 1 无源滤波器的四端网络特性及插入损耗 \r\n\r\n 6. 2. 2 无源滤波器的基本电路 \r\n\r\n 6. 3 信号电路中用的无源滤波器 \r\n\r\n 6. 4 EMI滤波器 \r\n\r\n 6. 4. 1 EMI滤波器的基本电路结构 \r\n\r\n 6. 4. 2 EMI滤波器的阻抗失配问题 \r\n\r\n 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 \r\n\r\n 6. 4. 4 电源EMI滤波器 \r\n\r\n 6. 4. 4. 1 电源EMI滤波器允许的最大串联电感 \r\n\r\n 6. 4. 4. 2 电源EMI滤波器允许的最大滤波电容 \r\n\r\n 6. 4. 5 共模扼流圈在电源EMI滤波器中的应用 \r\n\r\n 6. 5 有损耗滤波元件及其在EMI滤波器中的应用 \r\n\r\n 6. 5. 1 小工作电流下的阻尼EMI滤波器 \r\n\r\n 6. 5. 2 较大电流下工作的阻尼EMI滤波器 \r\n\r\n 6. 5. 2. 1 小功率电力电子装置用的阻尼EMI滤波器 \r\n\r\n 6. 5. 2. 2 大功率电力电子装置用的阻尼EMI滤波器 \r\n\r\n 6. 5. 3 人工集肤效应及在阻尼EMI滤波器中的应用 \r\n\r\n 6. 6 去耦滤波器 \r\n\r\n 6. 6. 1 直流电源的公共阻抗及去耦 \r\n\r\n 6. 6. 2 放大器的去耦滤波 \r\n\r\n 6. 6. 3 电源高频去耦滤波 \r\n\r\n 6. 6. 4 高速数字脉冲电路中用的电源去精滤波 \r\n\r\n 6. 6. 4. 1 总体去耦滤波电容器 \r\n\r\n 6. 6. 4. 2 去耦滤波电容器的选择 \r\n\r\n 6. 6. 4. 3 去耦滤波电容器的位置安排 \r\n\r\n 6. 6. 4. 4 其他去耦办法 \r\n\r\n \r\n\r\n 第7章 EMI滤波器的设计 \r\n\r\n 7. 1 电阻性阻抗及阻抗匹配情况下, 单级EMI滤波器的设计 \r\n\r\n 7. 1. 1 单级LC滤波器的设计 \r\n\r\n 7. 1. 2 单级型滤波器的设计 \r\n\r\n 7. 1. 3 单级T型滤波器的设计 \r\n\r\n 7. 2 多级滤波器的设计 \r\n\r\n 7. 3 EMI滤波器最差阻抗匹配情况下插入损耗的计算 \r\n\r\n 7. 3. 1 噪声源阻抗很低情况 \r\n\r\n 7. 3. 2 高负载阻抗情况 \r\n\r\n 7. 3. 3 已知噪声源阻抗情况 \r\n\r\n 7. 3. 4 负载阻抗已知情况 \r\n\r\n 7. 4 阻抗失配条件下, EMI滤波器的阻抗匹配网络 \r\n\r\n 7. 4. 1 EMI滤波器LC匹配网络的设计 \r\n\r\n 7. 4. 2 其他电路结构EMI滤波器匹配网络的计算 \r\n\r\n 7. 4. 2. 1 低输入阻抗和高输出阻抗--CL结构 \r\n\r\n 7. 4. 2. 2 低输入阻抗和低输出阻抗--结构 \r\n\r\n 7. 4. 2. 3 高输入阻抗和高输出阻抗--T结构 \r\n\r\n 7. 5 最差情况下EMI滤波器的设计步骤 \r\n\r\n 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 \r\n\r\n 7. 5. 2 多级电源EMI滤波器的设计 \r\n\r\n 7. 5. 3 小功率电力电子装置用阻尼EMI滤波器设计 \r\n\r\n 7. 6 EMI滤波器的布局和装配 \r\n\r\n \r\n\r\n 第8章 瞬态噪声抑制 \r\n\r\n 8. 1 触点开关噪声及其抑制 \r\n\r\n 8. 1. 1 开关噪声及触头防护的基本原理 \r\n\r\n 8. 1. 2 电感负载情况下的开关瞬态噪声抑制 \r\n\r\n 8. 1. 2. 1 接在电感负载两端的瞬态噪声抑制网络 \r\n\r\n 8. 1. 2. 2 电感负载情况下, 接在开关两端的开关防护电路 \r\n\r\n 8. 1. 3 电阻负载情况下的开关防护 \r\n\r\n 8. 2 浪涌噪声及其防护 \r\n\r\n 8. 2. 1 电涌保护器件 \r\n\r\n 8. 2. 1. 1 电涌保护器件的基本性能 \r\n\r\n 8. 2. 1. 2 电火花隙保护器件 \r\n\r\n 8. 2. 1. 3 金属氧化物变阻器 \r\n\r\n 8. 2. 1. 4 固体瞬态电压抑制器 \r\n\r\n 8. 2. 2 电涌保护电路 \r\n\r\n 8. 2. 2. 1 电涌保护电路概述 \r\n\r\n 8. 2. 2. 2 非平衡线路信号通道输入端的保护 \r\n\r\n 8. 2. 2. 3 平衡线路信号通道输入端的保护 \r\n\r\n 8. 2. 2. 4 运算放大器的保护 \r\n\r\n 8. 2. 2. 5 直流电源的保护 \r\n\r\n 8. 2. 3 瞬时噪声的时间回避防护方法 \r\n\r\n 8. 2. 3. 1 阻断信号通道 \r\n\r\n 8. 2. 3. 2 切断电源 \r\n\r\n 第3篇 电力电子装置的谐波和电磁兼容标准与测量 \r\n\r\n \r\n\r\n 第9章 电力电子装置产生的谐波干扰和危害 \r\n\r\n 9. 1 电力电子装置产生的谐波干扰 \r\n\r\n 9. 1. 1 单相大功率整流器和逆变器 \r\n\r\n 9. 1. 1. 1 不考虑整流器换流的重叠角 \r\n\r\n 9. 1. 1. 2 考虑整流器换流时的重叠角 \r\n\r\n 9. 1. 2 三相六脉整流器 \r\n\r\n 9. 1. 3 工程实用分析 \r\n\r\n 9. 1. 4 考虑整流变压器接法 \r\n\r\n 9. 1. 4. 1 变压器Y／Y接法 \r\n\r\n 9. 1. 4. 2 变压器Y／接法 \r\n\r\n 9. 1. 4. 3 变压器Y／Y接法 \r\n\r\n 9. 1. 5 晶闸管交流调压器和调光器 \r\n\r\n 9. 1. 5. 1 电阻性负载分析 \r\n\r\n 9. 1. 5. 2 纯电阻情况 \r\n\r\n 9. 1. 5. 3 电感性负载时谐波分析 \r\n\r\n 9. 1. 5. 4 谐波最大值与延迟角的关系 \r\n\r\n 9. 1. 6 PWM控制整流器的谐波 \r\n\r\n 9. 1. 6. 1 主电路和基本波形 \r\n\r\n 9. 1. 6. 2 PWM波形的产生 \r\n\r\n 9. 1. 6. 3 控制电路 \r\n\r\n 9. 1. 6. 4 短路脉冲 \r\n\r\n 9, 1. 6. 5 PWM整流的谐波分析 \r\n\r\n 9. 1. 7 小 结 \r\n\r\n 9. 2 谐波干扰的危害 \r\n\r\n 9. 2. 1 电气设备增加损耗和过载 \r\n\r\n 9. 2. 2 降低功率因数 \r\n\r\n 9. 2. 3 谐波对电动机的影响 \r\n\r\n 9. 2. 4 电容器过载. 膨胀和损坏 \r\n\r\n 9. 2. 5 测量仪表和继电器附加谐波误差 \r\n\r\n 9. 2. 5. 1 测量仪表 \r\n\r\n 9. 2. 5. 2 继电保护 \r\n\r\n 9. 2. 6 谐波对录像和音响设备的干扰 \r\n\r\n 9. 2. 7 谐波对通信电路的干扰 \r\n\r\n \r\n\r\n 第10章 谐波的分析. 标准和测量 \r\n\r\n 10. 1 谐波的分折 \r\n\r\n 10. 1. 1 傅里叶级数分析 \r\n\r\n 10. 1. 1. 1 傅里叶级数公式 \r\n\r\n 10. 1. 1. 2 三相六脉整流器的电流波 \r\n\r\n 10. 1. 1. 3 整流器经Y／d变压器供电 \r\n\r\n 10. 1. 1. 4 三相12脉整流 \r\n\r\n 10. 1. 1. 5 三相24脉整流 \r\n\r\n 10. 1. 1. 6 36脉. 48脉及更多脉的整流 \r\n\r\n 10. 1. 2 离散傅里叶变换分析 \r\n\r\n 10. 1. 3 快速傅里叶变换分析 \r\n\r\n 10. 1. 3. 1 为什么要用快速傅里叶变换 \r\n\r\n 10. 1. 3. 2 变量说盼 \r\n\r\n 10. 1. 3. 3 程序流程框图 \r\n\r\n 10. 1. 3. 4 整 序 \r\n\r\n 10, 1. 3. 5 程序举例 \r\n\r\n 10. 2 谐波干扰的允许水平和标准 \r\n\r\n 10. 2. 1 概 述 \r\n\r\n 10. 2. 2 国外的谐波标准 \r\n\r\n 10. 2. 2. 1 谐波电压 \r\n\r\n 10. 2. 2. 2 谐波电流 \r\n\r\n 10. 2. 3 我国的谐波标准 \r\n\r\n 10. 3 谐波的测量方法和仪器 \r\n\r\n 10. 3. 1 概 述 \r\n\r\n 10. 3. 2 示波器测量 \r\n\r\n 10. 3. 3 失真度仪 \r\n\r\n 10. 3. 4 波形分析仪 \r\n\r\n 10. 3. 5 DFT和FFT谐波分析仪 \r\n\r\n \r\n\r\n 第11章 电力电子系统中谐波干扰的抑制技术 \r\n\r\n 11. 1 多脉和准多脉整流器 \r\n\r\n 11. 1. 1 准24脉整流 \r\n\r\n 11. 1. 2 准36脉及以上整流和衰减系数 \r\n\r\n 11. 1. 3 实例 \r\n\r\n 11. 1. 4 脉数的选择和经济性 \r\n\r\n 11. 2 用可关断电力电子器件和PWM技术减少谐波干扰 \r\n\r\n 11. 3 无源功率滤波和有源功率滤波 \r\n\r\n 11. 3. 1 无源功率滤波器 \r\n\r\n 11. 3. 2 有源功率滤波器 \r\n\r\n 11. 3. 2. 1 基本原理 \r\n\r\n 11. 3. 2. 2 补偿电流的产生 \r\n\r\n 11. 3. 2. 3 APF的控制方法 \r\n\r\n 11. 3. 2. 4 解调滤波器 \r\n\r\n 11. 3. 2. 5 主电路及驱动电路 \r\n\r\n 11. 3. 2. 6 实验模型装置 \r\n\r\n 11. 3. 3 有源和无源功率滤波器结合的混合功率滤波器 \r\n\r\n \r\n\r\n 第12章 EMC标准与测量 \r\n\r\n 12. 1 概 述 \r\n\r\n 12. 2 EMC标准 \r\n\r\n 12. 2. 1 EMC国际标准发展简介 \r\n\r\n 12. 2. 2 世界各国EMC标准简介 \r\n\r\n 12. 2. 2. 1 欧洲EMC标准 \r\n\r\n 12. 2. 2. 2 美国EMC标准 \r\n\r\n 12. 2. 2. 3 世界上其他国家的EMC国家标准 \r\n\r\n 12. 2. 2. 4 我国的EMC标准 \r\n\r\n 12. 3 EMC测量基础 \r\n\r\n 12. 3. 1 传导干扰测量原理 \r\n\r\n 12. 3. 2 测量传导型EMI的仪器 \r\n\r\n 12. 3. 2. 1 EMI测量接收机 \r\n\r\n 12. 3. 2. 2 频谱分析仪 \r\n\r\n 12. 3. 2. 3 线路阻抗稳定网络LISN \r\n\r\n 12. 3. 2. 4 电压探头和电流探头 \r\n\r\n 12. 4 传导型EMI及EMS的测量 \r\n\r\n 12. 4. 1 传导型EMI的测量 \r\n\r\n 12. 4. 1. 1 测量传导干扰电压 \r\n\r\n 12. 4. 1. 2 测量传导干扰电流 \r\n\r\n 12. 4. 1. 3 瞬态脉冲强度的测量 \r\n\r\n 12. 4. 2 传导型敏感度EMS的测试 \r\n\r\n 12. 4. 2. 1 脉冲冲击试验 \r\n\r\n 12. 4. 2. 2 高频干扰测试 \r\n\r\n 12. 4. 2. 3 静电放电(ESD)测试 \r\n\r\n 12. 4. 2. 4 快速瞬变脉冲和脉冲群测试 \r\n\r\n 12. 4. 2. 5 其他EMS测试 \r\n\r\n 12. 5 辐射型EMI及EMS的测量 \r\n\r\n 12. 5. 1 试验场地 \r\n\r\n 12. 5. 2 辐射EMC测试设备及测试方法 \r\n\r\n 附录 书中所用符号说明 \r\n\r\n 参考资料 \r\n
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最初, 电磁兼容和电磁干扰抑制技术是随着无线电广播. 通信技术的发展而发展起来的. 但在实际上, 电磁干扰是一切电气和电子装置(系统)的伴随物, 它无所不在. 在60年代初期, 许多电气电子工程技术人员曾把电磁干扰抑制技术看成是一种“黑色魔术”, 即看成是一种纯经验性的实验技巧. 长期以来, 人们常在样机测试. 投产阶段, 乃至在应用现场用“尝试——失败——再尝试”的方法来解决电磁兼容性(EMC)问题, 其结果是延长设备调试时间和增加不必要的附加元件而导致成本提高.

近20年来, 随着数字计算技术. 微处理器和电力电子装置在商业. 工业. 民用. 军事部门的日益广泛的应用, 电磁兼容技术得到人们普遍关注. 现今, 它已在分析方法. 测量技术. 仿真技术方面发展成为一门专门的学科. 电磁兼容设计已成为当今任何一项工程设计中的一个重要的组成部分. 为了适应当今科技迅速发展的形势, 加强电磁兼容专业基础教育显得十分重要.

目前虽有不少专著论述了电磁兼容问题, 但是它们大多数是侧重于讨论与无线电通信有关的一些电磁兼容问题, 有的则是将许多解决电磁干扰问题的实践经验加以分类和综合, 很少论及电力电子装置(系统)中的EMC问题. 而电力电子装置(系统)中的EMC问题恰恰具有它本身的特殊性：通常它涉及到的装置功率较大, 其主电路中的大功率开关过程产生的高di／dt和du／dt会引起强大的传导型的EMI, 有些高频大功率装置还会产生强电磁场(通常是近场)的辐射, 它们会严重地污染周围的电磁环境和电网, 此外, 这些装置(系统)内部的控制电路还必须能承受其主电路及工业应用现场电磁噪声的干扰. 由于这些特殊性和测量上的具体困难, 所以至今专门针对电力电子系统EMC的研究工作, 目前尚处于起始阶段.

考虑到各应用领域中电磁兼容问题的共性和它在电力电子装置(系统)中的特殊性, 本书对电磁兼容技术的基本原理和基本理论作了系统. 全面的论述. 同时, 在此基础上, 对电力电子装置(系统)中电磁兼容的特殊性进行了详细的讨论, 力求把电磁兼容和电磁干扰抑制技术加以理论化. 系统化, 使读者对电磁兼容建立起一个全面的. 正确的概念, 以指导自己的工程设计和研究开发工作.

全书分3篇共12章. 第1篇, 从第1章到第3章主要简述电磁兼容设计的基本原理, 第2篇, 从第4章到第8章主要是深入分析电磁兼容设计及电磁干扰抑制技术涉及到的基础理论与基本设计. 工程技术问题, 第3篇, 从第9章到第12章, 着重分析电力电子装置的谐波. 电磁兼容标准与测量问题.

本书系笔者在多年教学和科研实践基础上编著而成的, 其中第9章到第11章由程肇基教授编著, 其他各章均由钱照明教授编著. 在编著本书过程中, 我们得到了许多同志的直接或间接的关怀和帮助. 中国工程院院士. 浙江大学教授汪梗生主审了本书, 马莉. 周景海. 吴昕. 钱伟等协助描绘了书中插图等工作, 江菊英同志打印了书稿, 在此一并表示诚挚的感谢.

编著者

1998年9月于浙江大学