电容性耦合

13.2传导耦合2传导耦合是用电系统中的重要电磁骚扰耦合方式。根据其具体耦合机理的不同又可以进一步做细分处理，如：电阻性耦合、电容性耦合、电感性耦合等。下面将对具体的几种基本传导耦合方式进行讨论。31.电阻性耦合4电阻性耦合又称电路性耦合，这是一种最常见的传导耦合方式。在实际结构中，这种耦合方式往往以单个或多个集总电阻的组合形式形成耦合网络。5电阻性耦合当电路1有电压U1作用时，该电压经Z1加到公共阻抗Z12上。当电路2开路时，电路1耦合到电路2的电压为：若公共阻抗Z12中不包含电抗元件，则该电路为共电阻耦合，简称电阻性耦合。1221112(1)ZUUZZ基本模型：6•直接传导连接若，则由前面基本模型关系有，进而形成直接传导耦合。12Z12UU显然，该模型是一个非常基本的模型，由于公共阻抗的改变，系统模型的特性也会发生相应的改变。而由此所表现的特点对于其它复杂系统模型的分析、调整和控制都是有帮助的。7对于两个电路，电路间公共接地的存在会在一定程度上为干扰影响的产生创造可能。因此，在系统的电磁兼容设计中，往往需要对接地进行具体而有效的处理。例如：消除的方法可以是将地线尽量缩短并加粗，以降低公共地线阻抗。“联系”和“问题”•公共接地连接8•公共电源连接两电路间的公共电源线将二者所受的作用联系了起来。在实际工程中往往也需要具体处理。例如：将电路1的电源引线靠近电源输出端可以降低电源引线的公共阻抗耦合。另外，采用稳压电源可以降低电源内阻，从而降低电源内阻的耦合。9电阻性干扰的抑制方法让两个电流回路或系统彼此无关。信号相互独立，避免电路的连接。限制耦合阻抗，越低越好。导线的电阻和电感越低越好。电路去耦。各个不同回路之间仅在惟一的一点作电连接，达到电流回路间电路去耦的目的。•变压器•光电耦合电气隔离。•强弱电隔离•继电器102.电容性耦合11电容性耦合电容性耦合也称为电耦合，它是由两电路间的电场相互作用所引起。两导线间容性耦合基本模型12前面模型可以简化为如下形式：12212221UCRjCRjUXRRUC其中：22222GLGLRRRRRCjXC1当耦合电容很小时，上面结果可以化简为：122UCRjUNote：电容性耦合的作用相当于在2电路与地之间连接了一个幅度为的电流源。1CUj13当考虑电路与地面间的容性关系时，则相应模型为：RCjRCjRCjRRGGG222211112121211222)(11UCCRjRCjUCjRRUGn14分类讨论1211221()NGjCRUUjRCC1221/[()]GCRC1221/[()]GRCC低频高频121NUjCRU121122()NGCUUCC表明电容性耦合的骚扰作用相当于在导体2与地之间连接了一电压变换。15NU112RUCUN121122()NGCUUCC1221()GRCC电容性耦合的频率特性16电容性干扰的抑制方法针对干扰源和敏感设备针对传输耦合途径干扰源系统的电气参数应使电压变化幅度和变化率尽可能地小；被干扰系统应尽可能地设计成低阻及高信噪比系统；系统的结构应尽可能紧凑，且彼此空间上相互隔离。系统间的耦合部分的布置应使耦合电容尽量小（例如：尽量增大间距、减少导线长度、避免平行走线等）；采用平衡措施；实施电容屏蔽。17电容性骚扰中，容性耦合是其中电磁作用的主要特征。导线间的的容性耦合在工程中普遍存在。工程中电磁兼容性技术有多种。在一些特殊情况下，导线会被特定的金属包裹。对于这类代表性问题需要具体进行分析。屏蔽对电容性骚扰的影响18这里考虑两根导线所构成的基本模型。在导体2周围有一以管状表示的屏蔽体，这时问题模型将变得更加复杂一些。19导体2完全被屏蔽111SNSSSGCUUUCC故若接地，拾取的骚扰为0NSUU1220,0,GNSCCUU有——导体2被完全屏蔽。若不接地，屏蔽体所拾取的骚扰为121212UCCUGNC20导体2非完全被屏蔽1220,0GCC有——导体2非完全屏蔽。1221212UCCCCUSGn若接地电阻为无限大，则拾取的骚扰电压为：若接地电阻为有限大，则拾取的骚扰电压为：1221212)(1UCCCRjRCjUSGn)(12212SGCCCjR112URCjUn若Note：等效源，其结论与电容无屏蔽情况类似。213.电感性耦合22电感性耦合电容性耦合也称为磁耦合，它是由两电路间的磁场相互作用所引起的。当电流I在闭合电路中流动时，该电流就会产生与其大小成正比的磁通量Φ。比例常数称为电感L：LI当一个电路中的电流在另一个电路中产生磁通时，这两个电路之间就存在互感M12：12121(1)MI23SnsdBdtdU由电磁感应规律可知，磁通密度为B的磁场在面积为S的闭合回路中感应的电压为：如果闭合回路是静止的，磁通密度随时间作正弦变化，但在闭合回路面积上是常数：cos(2)nUjwBS1(3)nUjwMI于是用两电路之间的互感表示感应电压：耦合到敏感电路的总磁通24从基本模型可以得到，为了减少骚扰电压可以采取一些措施来减少B，S和cosθ。采用两电路的物理分隔或者双绞线，以减少B。将导体靠近地面放置或将两个导体捻在一起，以减少S。调整骚扰电路与敏感电路的去向，以减少cosθ。25两导线间感性耦合基本模型26若忽略I2对电路1的影响，则有11111121211121222()()UIZjLjMUIZjLZZjL1221111112122212221211121222()()()()NNjMZUUZjLZZjLjMZUUZjLZZjL27例两根导线，长度l1=l2=1m，半径r=0.5mm，相距d=30mm，距接地金属平面高度h1=h2=10mm。干扰源负载Z11=100，受干扰回路负载Z21=Z22=100，设干扰频率f=1MHz，干扰源电压U1=10V，求负载受到的干扰电压为多少？解：70122ln7.410H2lhLLr112120log/20log/59dBNNUUUU耦合系数：22701222ln0.410H4lhdMd21221112111212221.1210V()()NNjMZUUUZjLZZjL62210f28与电容性骚扰类似，感性耦合也存在屏蔽对其影响的问题。对这类问题的分析在工程电磁兼容技术同样具有代表性。屏蔽对电感性骚扰的影响29没有有效接地这种情况下（包括没有接地和单端接地等），没有形成有效电流。如前所示，电路分析可处理为简单等效源的情况。存在有效接地这种情况（包括两端及多点接地等）则需要具体进行分析。30考虑均匀轴向电流导线的理想同轴屏蔽。在近似条件下，屏蔽体的电感与屏蔽体-导线间的互感相等，可以建立其基本模型。)/1(SSSSSLRjLUI设屏蔽体上的电流为IS，于是在中心导线上产生的电压为Un，SnMIjU31在前面讨论的基础上，可以得到感应进入导体2的骚扰电压包含两部分：导体1的直接感应骚扰电压和感应的屏蔽体电流产生的骚扰电压，且二者极性相反。于是可以进一步讨论如下模型)//()/(11211112SSSSSSSnLRjLRIMjIMjLRjjIMjU32电感性干扰的抑制方法针对传输耦合途径干扰源系统的电气参数应使电压变化幅度和变化率尽可能地小；被干扰系统应尽可能地设计成低阻及高信噪比系统；系统的结构应尽可能紧凑，且彼此空间上相互隔离。系统间的耦合部分的布置应使耦合电容尽量小（例如：尽量增大间距、减少导线长度、避免平行走线等）；采用平衡措施；实施电感屏蔽。针对干扰源和敏感设备33电容性耦合和电感性耦合存在一定的电气差异性。在工程中可以采用特定的方法对其加以区别。在工程中可以采用特定的方法对其加以区别。容性：并联、分流感性：串联、分压弱耦合减少导体一端阻抗，测量跨接另一端的电压。若骚扰电压减小，则为容性耦合；若骚扰电压增加，则为感性耦合。34红色直线（一阶近似）1/p随着角频率的增加曲线逼近这一极限值频率关系：一般性函数关系：（略去虚数单位）1//)(ppf35对于工程中存在屏蔽的情况：在低频屏蔽电缆中的骚扰电压与非屏蔽电缆中的骚扰电压相近，当大于5倍屏蔽体截止频率时，屏蔽电缆中的骚扰电压基本保持不变。36前面对于典型的电磁骚扰传导耦合的基本原理进行了分析，在实际工程中，需要以此为基础，根据工程实际对选择合适的原理为依据进行分析、设计和控制相应的电磁骚扰。