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EMC规范

来源：五一七教育网

EMC回顾与解决实例

2010. 11

作者：郑庆海

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摘要

对EMC标准进行回顾； EMC原理分析解决赤天化现场故障一例

引言

叙述了电磁兼容的基本概念与特征；从对电子、电气设备的影响方面，介绍了电磁干扰的来源及防护措施；

EMC基本概念回顾

EMC定义

电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性

EMC标准与认证

󰂄 欧盟：EMC指令－/336/EEC

电气电子产品必须满足相关EMC标准

一旦发现产品不满足标准，将采取一切措施使其在市场上消失 󰂄 美国：FCC

任一不满足FCC行政和技术要求（包括未能取得FCC的认证或检定）的电磁辐射体都不得工作，也不能投放市场 󰂄 中国：CCC制度（包括EMI & Safety ）

CCC(3C)－China Compulsory Certification

未获得强制性产品认证证书和未施加中国强制性认证标志的产品不得出厂、进口和销售

EMC电磁干扰三要素

电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI，即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，即产生EMC问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境；传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子（如：射频端子，输入端子）影响相连接的设备。

电磁干扰来源：

电磁干扰源可分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。

自然干扰源包括：天电干扰，如雷电或大气电离作用引起的干扰电波；天体干扰，如太阳辐射的电磁波等……

人为干扰源以冶金现场为例包括: 大型设备启停的电网冲击干扰，周围电气设备发出的电磁波的干扰；电源的工频干扰；高压电网的交变磁场干扰；同一电网上用电设备相互干扰；变频器的干扰；来自地线的干扰等

高压电线

雷电

QUANTUM引入噪声地电位波动电机、电焊机等大用电设备

雷达、电台等天线发射装置

交流动力线

电磁干扰传播途径：

电磁干扰传播途径一般分为两种：即辐射耦合方式和传导耦合方式。

辐射耦合主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、变频设备等产生的，通常称为辐射干扰，PLC系统不可避免置于其射频磁场内，会受到辐射干扰。

传导耦合即来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号或通讯网络线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在冶金现场较为严重，主要有下面三种：

第一类是来自电源的干扰，因电源引入的干扰造成系统故障的情况较多，尤其是同一变压器供电线路上的设备，开关操作浪涌、大型电力设备起停、变频器等引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到PLC或其它电子设备的电源一次側。

第二类是来自信号线引入的干扰,与PLC控制系统连接的各类信号传输线，难以避免有外部干扰信号侵入。由信号引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大为波动，严重时将引起元器件损伤，也会导致信号间互相干扰，造成测量的数据变化。这类干扰按作用方式的不同，可分为差模干扰和共模干扰

差模干扰：又称串模干扰，是指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统。差模干扰与被测信号在回路中处于同样的地位，也称为常态干扰或横向干扰。

共模干扰：是指系统的信号输入端上对接地端干扰电压, 共模干扰也称为共态干扰或纵向干扰

第三类是来自接地系统混乱的干扰。良好接地是提高解决EMC问题有效手段之一，正确的接地既能抑制电磁干扰；而不适宜的接地反而会引入干扰信号，使PLC或电子设备无法正常工作。

信号接地方式

单点接地多点接地混合接地

串联单点接地并联单点接地

地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层。

此外，屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC或通讯网络的正常工作。

EMC现场解决一例

地点：贵州省赤水市；项目：赤天化股份有限公司N1变电站；时间：2010年5月1日现场故障：ATV61变频器启动时，PLC的CANOPEN总线通讯中断，需重新上电方可恢复。

网络拓扑结构：52台TESYS_U,TESTY_T,ATV61设备通过4路CANOPEN总线与PLC通讯通

讯；4路CANOPEN总线分别由4台PLC设备控制，PLC之间及PLC与上位CITECT监控软

件之间采用TCP/IP MODBUS通讯方式;另有41台MODBUS设备与上位监控通讯

分析与解决：

根据上面文章的分析可知，抗干扰技术就是通过对干扰的三要素中的一个或多个采取必要措施来实现的。以系统的方法开始检查：

󰁺 电源及供电系统检查

由上图可知电源是由在线式UPS供电，PLC前级可根据情况安装屏蔽层可靠接地的隔离变压器

CFCF~CF

Ui~~CFUoUi~Uo

󰁺 通讯及信号线检查

目测走线较为规范，所以通讯线通过全封闭的金属屏蔽走线槽，但变频器输出端到电机

之间没有采用屏蔽动力线，也没有安装输出电抗器，按下图根据公式Un=Rb/(Ra+Rb) =jωRC12U1估算，电磁干扰可能较大。

󰁺 接地系统检查

目测接地从工艺上较为规范，但此现场地处川黔边界，属于丘陵地带，地系统情况暂时不可知

󰁺 试验与解决：拔下变频器的CANOPEN通讯插头，操作面板启动变频器，CANOPEN总

线无异常，说明问题最大可能出现再通讯线路的传导干扰或地电位不平衡方面，采用如下改进：

1.变频器开关频率降低为1MHZ，实践证明，有一定效果，但不能彻底解决

RDYHMI0.0Hz0.0A变频器开关频率 4.0KHzMin=1.0Code< >QUICK

2.使用光电耦合隔离变频器与CANOPEN总线，光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管（或达林顿管、或晶闸管等）封装在一个管壳内组成, 实现以光为媒介的电信号传输，变频器与CANOPEN总线两端电路无直接电气联系，因此，切断了两端电路之间地线的联系，有效抑制了共模干扰

3.图中变频器的黄/绿色接地线原来接到靠近CANOPEN通讯端口处，实践证明对CANOPEN总线影响较大，尝试改为变频器另外一接地点上，离开CANOPEN通讯线，问题排除

结论

电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器。EMC 就围绕这些问题进行研究。最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径

PLC控制系统中的EMC抗干扰是一个比较抽象的问题，因此在项目设计的初始阶段应综合考虑各方面的因素，有效地抑制抗干扰，在项目执行的阶段对有些现场情况需做具

体分析，区别对待的方法，使PLC控制系统更健康的工作。

关于作者：

郑庆海，施耐德电气中国投资有限公司工业市场终端客户部技术中心产品应用工程师

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