天免大哥 3 电气测量中的抗干扰技术 电气工程系罗利文Iwuo@sjtu.edu.cn 7 上海交通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY
电气测量中的抗干扰技术 ▪ 电气工程系 罗利文 lwluo@sjtu.edu.cn
上海文通大￥ SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY 干扰三要素 干扰源 耦合途径 受扰对象 带电导体 ·分布电容 附近导体 载流导体 空间互感 ·附近回路
Page . 干扰三要素 干扰源 • 带电导体 • 载流导体 耦合途径 • 分布电容 • 空间互感 受扰对象 • 附近导体 • 附近回路
上游充通大￥ SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY 认识 分布电容 空间电感
认识 分布电容 空间电感
上海文通大学 SHANGHAI IIAD TONC UNIVERSITY Page.4 分布电容 一无处不在却看不见的小电容 ■平板电容模型：平板导体— 介质— 平板导体 ■分布电容耦合模型：干扰源导体—介质一受扰导体 举例： √分布电容：存在于互相绝缘的任意几何形状的两个导体之间 √线对板：高压导线对大地 √线对线：电气设备内部不同带电导线之间 √线对点：带电端子与周围导线；集成电路管脚与周围布线 √点对点：不同电位的带电端子之间；集成电路相邻管脚之间 ■量化估算（空气介质）：大多数情况下都在F C==885×pP)
Page . 4 分布电容——无处不在却看不见的小电容 8.85 ( pF) d S d S C 平板电容模型：平板导体——介质——平板导体 分布电容耦合模型：干扰源导体——介质——受扰导体 举例： 分布电容：存在于互相绝缘的任意几何形状的两个导体之间 线对板：高压导线对大地 线对线：电气设备内部不同带电导线之间 线对点：带电端子与周围导线；集成电路管脚与周围布线 点对点：不同电位的带电端子之间；集成电路相邻管脚之间 量化估算（空气介质）：大多数情况下都在pF
上游文通大学 SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY Page.5 电感和互感 定义式 物理意义 L L,等于单位电流！流过回路1所产生的与回路1自身铰链的磁链Ψ的大小 自感系数L 对于干扰源，希望L小，意味着回路所产生的磁场干扰小， 例如：对折的电流回路基本不对附近的回路有磁干扰 M等于电流！，所产生的能被其它闭合回路所交链的磁链大小 互感系数M M= 对于受扰回路，希望互感M低，则受扰回路对干扰电流！产生的磁场不敏 感
Page . 5 电感和互感 定义式 物理意义 自感系数L L1等于单位电流I1流过回路1所产生的与回路1自身铰链的磁链1的大小 对于干扰源，希望L1小，意味着回路所产生的磁场干扰小， 例如：对折的电流回路基本不对附近的回路有磁干扰 互感系数M M 等于电流I1所产生的能被其它闭合回路所交链的磁链大小 对于受扰回路，希望互感M 低，则受扰回路对干扰电流I1产生的磁场不敏 感 1 1 1 I L 1 2 I M
上海文通大学 SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY Page.6 对互感M的再认识 单匝测量回路 空气耦合的线 的感应电动势 性磁路 互感系数M e= dt dt e=kS. dt M=kS 结论 ■减小感应回路的面积S,是减小M的最有效办法。 ■低互感测量回路：尽可能减小测量前置放大电路的输入信号回路面积
Page . 6 对互感M的再认识 结论 减小感应回路的面积S，是减小M 的最有效办法。 低互感测量回路：尽可能减小测量前置放大电路的输入信号回路面积 dt dB S dt d e dt di e kS M=kS 单匝测量回路 的感应电动势 空气耦合的线 性磁路 互感系数M
上海充通大￥ SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY Page.7 空间互感M大小的估算 ■以直线电流产生的磁场为例 46i 电流母线 B= 2πd dB e=s uoS di 热电偶 dt 2πddt 回路面积S M= 4S_4π×10-7S0.2S (uH) 2πd 2πd d 直线电流对测量回路$的互感
Page . 7 以直线电流产生的磁场为例 空间互感M大小的估算 直线电流I对测量回路S的互感 d i B 2 0 dt di d S dt dB e S 2 0 ( ) 0.2 2 4 10 2 7 0 uH d S d S d S M
目录 电容耦合及其抗干扰对策 2 磁场耦合及其抗干扰对策 3 共阻抗耦合及抗干扰对策 4 共模干扰及其对策 5 测量系统输入级的两点接地 上海充通大￥ SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY
目录 1 电容耦合及其抗干扰对策 2 磁场耦合及其抗干扰对策 3 共阻抗耦合及抗干扰对策 4 共模干扰及其对策 5 测量系统输入级的两点接地
目录 1 电容耦合及其抗干扰对策 2 互感耦合及其抗干扰对策 3 共阻抗耦合及抗干扰对策 共模干扰及其对策 5 测量系统输入级的两点接地 6 滤波器 上海充通大￥ SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY
目录 1 电容耦合及其抗干扰对策 2 互感耦合及其抗干扰对策 3 共阻抗耦合及抗干扰对策 4 共模干扰及其对策 5 测量系统输入级的两点接地 6 滤波器
上游文通大学 SHANGHAI IIAD TONG UNIVERSITY Page.10 干扰的形成 ——穿透分布电容的共模电流 带高电压或功 率脉冲电压的 高电压或功率斩波电压 仪器外壳 导体通过分布 电容与附近电 路的导体耦合 ic=C*du/dt 图中红色虚线 代表从导体出 发的电容穿透 CA,CB,C.一分布电容 电流的路径； ■干扰源导体与受扰导体间的分布电容C⅓和C很小，对应的阻抗很高： ■Im是主要由回路阻抗决定的一个共模干扰电流
Page . 10 带高电压或功 率脉冲电压的 导体通过分布 电容与附近电 路的导体耦合 图中红色虚线 代表从导体出 发的电容穿透 电流的路径； 干扰的形成——穿透分布电容的共模电流 传 感 器 CB CA A +Vcc • • • Ce 高电压或功率斩波电压 仪器外壳 iC=C*du/dt B CA ，CB，Ce—分布电容 干扰源导体与受扰导体间的分布电容CA和CB很小，对应的阻抗很高； Icm是主要由回路阻抗决定的一个共模干扰电流