电磁兼容电磁干扰故障诊断

电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab主讲人：苗文彬电磁兼容电磁干扰故障诊断电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab电磁兼容在电子产品研制过程中的三个重要环节：(1)电磁兼容设计(2)电磁兼容诊断(3)电磁兼容的标准检测目前在电磁兼容设计和电磁兼容的标准检测方面比较重视、技术和方法也比较多，但是在电磁兼容诊断和故障排查方面手段比较缺乏。由于电磁兼容本身的复杂性，虽然理论设计毫无疑问将起到十分重要的作用，但产品的实际研制中出现的电磁干扰是理论设计中无法精确考虑和预见的。因此，电磁干扰的诊断和故障排查就是非常重要的一个环节。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLabEMCEMI电磁发射EMS电磁敏感度传导发射辐射发射传导敏感度辐射敏感度GB9254GB/T17625.1GB9254GB/T17626.4GB/T17626.5GB/T17626.6GB/T17626.2GB/T17626.3….….电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab电磁干扰的检测需要二类关键仪器：(1)对辐射源的定位、性质和强度的确定(2)对敏感源的诊断与定位电磁干扰问题的诊断和故障排查应在三个环节中展开：(1)研发过程中——及早发现问题，为正式产品提供依据(2)样机调试——确定干扰问题，排除故障，试产品尽快通过试验(3)现场中——确定干扰问题原因，解决干扰问题电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab一、电磁干扰诊断思路电磁干扰诊断是当发现产品出现电磁不兼容现象后，根据其症状及产品的基本技术数据判断产生不兼容的原因，找出引起问题的环节，进而采取相应的补救措施。1．了解电磁不兼容的症状了解传导发射还是辐射发射超标，超出多少及超标的频率；哪一种抗扰性差、程度怎样；由于自身内部的干扰还是工作现场环境中的干扰而出现性能下降，相关联的现象是什么等。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab2．收集产品的基本信息了解产品的基本信息，如其功能、工作原理、设计特点、系统/电路结构、PCB设计、已采取的电磁兼容措施等，然后才能结合其出现的电磁不兼容症状做出合理的分析和判断，确定引起不兼容的电路部位。3．排查出现问题的原因及采取补救措施从电磁干扰三要素入手，查找其薄弱环节，然后有针对性地采取EMC措施。对电磁发射超标、抗扰度试验不过关，因已知产生的电磁骚扰或外施的电磁骚扰的信息，只需要有针对性地对其他两个要素进行分析，处理起来相对容易一些。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab对于产品工作时出现的故障，如果是自身的骚扰影响其正常工作，其骚扰源可跟据产品的基本信息进行分析，这类故障一般可在实验室中重复，比较容易处理；如果是由于现场工作环境中出现的骚扰引起电磁不兼容问题，因现场情况往往非常复杂，且有些故障可能很难重复（如偶然事件），处理起来则比较难。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab二、电磁干扰诊断测量定性的电磁干扰诊断，找出骚扰源，及早发现问题并解决。定性的电磁干扰诊断测量：用电场探头、磁场探头、电流探头、前置放大器以及频谱仪或电磁干扰接收机等，检测印刷电路板、单元、系统、机箱、电缆等的电磁骚扰及泄漏。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab1．用电流探头检测线缆中的骚扰电流传导骚扰通过线缆传输，线缆的辐射源于其中的电流，采用卡钳式的电流探头可检测出缆线中流通的骚扰电流，也进一步区分出差模骚扰电流和共模骚扰电流。常用的测量方法有下面几种：电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab2．用电场探头、磁场探头查找印制电路板上的电磁骚扰源印制电路板上印制线可能作为发射天线产生辐射电磁场，电路中的磁性元件会产生较强的磁场。用电场探头、磁场探头可检测产生较强电场、磁场的部位。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab由于屏蔽体的不完整性，设备内部的骚扰源仍会对外产生电磁辐射。可用电磁探头沿着机箱、屏蔽体的缝隙及开孔部位，查找其最大的电磁泄漏。3．用电磁探头查找机箱或屏蔽体的电磁泄漏电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab4．用光纤探头检查机壳对外部辐射的屏蔽作用为测量机壳对外部辐射的屏蔽作用或设备内的电磁辐射，将电磁探头置于机壳内，采用光纤传输信号，可避免金属引线对测试结果的影响。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab加上一项措施不合格去掉最贵或最不好实现的措施合格仍合格恢复这个措施不合格诊断的常用方法电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab三、电磁发射诊断如果电磁发射超标，首先要区分是传导发射还是辐射发射，然后分别处理。传导发射比较简单，频率在30MHz以下，主要排查电源及后续电路，一般是检查滤波情况，如电源出口处是否使用了滤波器、滤波器的安装及接地情况、滤波器参数选择是否合理、经过滤波的导线是否还与其他内部电路存在耦合等。在排查时，差模通路和共模通路都要考虑。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab因骚扰信号频率较低，在产品内部的传播主要是通过电场耦合或磁场耦合方式。要判断耦合类型是电场耦合还是磁场耦合为主，可将电缆负载断开，如果干扰电压消失，则是磁场耦合；如果干扰电压继续存在，则是电场耦合。如果无法断开负载，也可以分别测量电路中源端的干扰电压和负载端的干扰电压，若两者的比值接近于1，为电场耦合；若两者的比值和源阻抗与负载阻抗的比值接近，则为磁场耦合。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab辐射发射超标问题测量超标（临界）点，作参考值有电缆无电缆合格不合格只有电源电缆无共模电流不合格拔掉所有电缆合格测量电源线共模电流检查机箱屏蔽完成有共模电流合格不合格电缆有问题解决电缆共模电流设备联上所有电缆处理滤波器，消除共模电流电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab四、电磁抗扰度诊断首先，判断电磁骚扰是否是从电源线引入的。在设备的电源入口处设置隔离变压器、滤波器进行隔离，如干扰消除，则说明干扰是由电源线引起的。可检查电源内部结构、变压器、滤波器和元器件安装位置及布线是否合理，检查屏蔽、滤波、接地、扼流圈和去耦等电磁干扰抑制措施是否有效。如果电磁骚扰不是由电源线引入的，则检查是否由于外部电磁辐射产生，检查设备外壳的屏蔽、接地措施是否合理，信号线的屏蔽、滤波措施是否有效等。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab如果电磁骚扰是内部电路产生的，则检查内部可能的骚扰源及耦合途径。检查元器件选择及布局、导线敷设是否合理，检查内部电路、元器件、信号线有无屏蔽及屏蔽是否起作用等，把注意力集中在可能产生电磁骚扰的元器件或电路上。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab要着重检查设备情况和现场情况。检查故障设备的防护情况，是否有电源线滤波器、差模还是共模滤波、安装是否正确，接地系统是否存在地回路，信号线是否采取了屏蔽措施、屏蔽接地是否适当，对于较长的电源线和外部信号线是否有防护措施；检查现场的干扰情况，附近是否有射频发射设备，有无空调、电焊机、交流调速电动机、感应加热等设备，在同一电源上是否有大负荷用户等。五、工作现场的电磁兼容问题在工作现场出现电磁兼容故障时，一般要先确定故障部位，并分析其产生的原因，然后采取具体措施解决它。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab对于连续性干扰，通过反复关闭和恢复设备工作察看其与干扰的关联；对于间歇性干扰，观察周围可能产生间歇性骚扰的设备的工作状态变化，如电动机起动、大负载的投切、移动射频设备使用等与干扰的关联；如果找不到相关的设备，可以考虑是否由于电源电压瞬态、电快速瞬变脉冲群、静电放电等瞬态骚扰引起，外施这些骚扰观察是否产生干扰，开始时使用较低的电平，然后逐渐增加电平值，直到设备发生故障、出现性能下降，或达到这类设备的最大骚扰电平为止。•要确定骚扰源，需要改变周围可能相关的设备的工作状态。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab用电流探头测量设备电缆（电源线、信号线、接地线等）中的电流（包括差模和共模），查找与可能引起干扰的骚扰电流，以此判断是否是通过电缆线传入干扰，如果能找到，则对相关的电缆采取屏蔽、滤波措施；如果干扰与电缆无关，则可考虑是否由于辐射对设备内部电路产生影响，应改善设备的屏蔽措施。对于传导问题，则主要是线缆问题。对于辐射问题，常见的有两种可能：一是设备外壳的屏蔽性能不佳，二是射频骚扰经由各种线缆传递；•也可从骚扰传播的路径考察干扰问题。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab有关传导的问题，应处理好电源线、信号线之间的耦合，安装电源线滤波器，改进内部电路减少传导发射。如果在现场一时无法测量电缆中的骚扰电流，可通过尽可能拔掉设备上不必要的电缆，观察干扰情况，如果有改善，可能是拔掉的线缆的问题，尝试将线缆逐个插上，查出有问题的线缆（可能不止一根），如果拔掉线缆后没有改善则可能是设备外壳或余下线缆的问题，尝试改善机壳的屏蔽（处理好缝隙、开孔的影响），对电源线加电源线滤波器、对信号线套铁氧体磁环或加信号线滤波器、用屏蔽线等。电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab电磁兼容设计的费效比电力电子与电力传动实验室PowerElectronicsandElectricalDriveLab谢谢！欢迎批评指教！