船舶电磁兼容案例及分析.pdf

第40卷第5期
船海工程
Vol 40 No 5
2011年10月
SHIP CXCEAN ENGINEERING
et.2011
DOI:10.3963/,、issn,1671-7953.201L.05,030
船舶电磁兼容案例及分析
何强
中国船级社宜昌分社,湖北宜昌44300)
摘要:针对船舶建造现场及船用产品型式试验过程巾遇到的电磁兼容问题,分析发生问题的原因,结合
相关规范要求提出相应的对策和解决方案
关键词:电磁兼容;船舶;变频器;干扰;抗干扰;浪涌电流
中图分类号:U665.18
文献标志码;A
文章编号:1671-7953(2011)05-0101-05
2.1案例一
1船舶EMC标准
某产品生产厂家在CCS认可的EMC实验室
随着电子技术的发展,目前电磁兼容性EMC内进行型式认可试验,由于开关电源的开关电路
( electro magnetic compatibility)已扩展到包括船舶产生的电磁干扰未能通过传导干扰与辐射发射的
在内的电子技术应用的各个领域。IMO在1991年测试。厂家在试验工程师和验船师的共同帮助
的A_694(17)决议的基础上于1995年11月通过下,分析原因找出问题,采取在变压器的初级与次
了A813(19)决议,即《所有船用电气电子设备电级线圈之间增设屏蔽箔,在散熱器上增设屏蔽
磁兼容(EMC)通用要求》,IHEC于1999年制定了?片的措施后顺利通过试验。
2. O A EC60533< Electrical and electronic install
对开关电源来说,开关电路产生的电磁干批
tions in ships- Electromagnetic compatibility》,计刘是开关电源的主要干扰源之一。开关电路是开关
于2011年出版2.0版的IFC80533。中因船级社电源的核心,主要由开关管和高频变压器组成
于2006年发布了《电气电子产品型式认可试验指它产生的U/dr是具有较大幅度的脉冲,频带较
南》(2006),是2000版的修订本,纳入了IACS宽且谐波丰富。其干扰传递示意见图]。
URE10(May2004)的规定。该指南除了对船用
电气电子产品型式认可试验中的外观检查、性能
试验做出了原则规定以外,主要对其所应进行的
各种船舶坏境条件试验的试验目的、条件、方法、
结果和所依据的标准,做出了明确规定,在EMCE
方面针对不同类别的产品提出了具体的试验要
求,是产品型式认可试验的依椐
图1开关电源干扰传递示意
2船舶EMC案例
这种脉冲干扰产生的主要原因有以下几个方
笔者在检验工作中遇到了不少EMC的实面
例,分析原因大部分都是产品设计时对EMC认
1)开关管负载为高频变压器初级线圈,是感
识不足或未按《电气电子产品型式认可试验指南》性负载。在开关管导通瞬间,初级线閣产生很大
的要求完成相关测试
的涌流,并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖
峰电压;在开关管断开瞬间,由于初级线圈的漏磁
收稿日期:2011-03-29
通,致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次
修回日期:2011-0408
线圈,储藏在电感中的这部分能量将和集电极电
作者简介:何强(1972-),男,工程师。
研究方向:轮机管理
路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡,叠加
E-mail:ghe(@ccs.org.cn
在关断电压上,形成关断电压尖峰。这种电源电
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箅5期
船海工程
第40卷
压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击
开关电源变压器初级的共模噪盧向次级噪声
电流瞬变,这个噪声会传导到输人/输出端,形成传递是开关电源产品EMI问题的一个主要原因
传导干扰。
为截断这种传递的路径,需要在绕制变压器时,在
2)脉冲变压器初级线圈,开关管和滤波电容初级与次级之间加屏蔽层,并接至直流地上或直
构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间流的高压端。小成本将带来大的收获。为了保证
辐射,形成辐射干扰。如果电容滤波容量不足或屏蔽层发挥良好的隔离作用,屏蔽层与直流地或
高频特性不好,电容上的高频组抗会使高频电流直流的高压端连接要保证“零阻抗”,这是屏蔽效
以差模方式传导到交流电源中形成传导干扰。同果好坏的关健。实践证明,具有长宽比小于5,且
时変压器的初、次级之间存在分布电容,使得初级没有任何缝隙、通孔的单一金属导体具有极低的
回路中产生的干扰向次级回路传递,见图2,一方阻抗。
面加大干扰传递环路,另一方面将有更多的电流
在变压器中采用屏蔽技术,可以有效地抑制
流入线路阻抗稳定网络( line impedance stabiliza-开关电源中共模噪声向后一级电路传输。这种屏
tionnetwork,LISN),从面进一步恶化其EMI特蔽并非一般意义上的电磁屏蔽,而是一种静电屏
性。图3为图2的等效电路图
蔽,屏蔽层要求接地(或接0V,或接另一极);电
后级
磁屏蔽用的导体原则土可以不接地,但对于静电
ISN计
电路
屏蔽来说,不接地的屏蔽导体会产生所谓“负静电
屏蔽”效应。类似这种屏蔵技术在开关电源中还
有一种应用,如功率开关管和输出二极管通常有
较大的功率损耗,为了散热往往需螻安装散热器
图2千扰传递方向
或直接安装在电源底板上。器件安装时需要?热
性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和
后
LISN! +H
电路
散热器之间产生了分布电容,即图1中的C,开
关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件
与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输
入端产生其模干扰,解决这个问题的办法是采用
0.3lpF?
两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到
图3图2的等效电路图
直流地上,割断RF干扰向输入电网传播的途径
在变压器中增加屏蔽层,并与初级回路的02.2案例ニ
相接后,见图4,相当于截断干找向后传递的路
某新建船舶主发电机组300kW×3,设有
径。从等效电路(见图5)上看是将干扰源封闭在315kW由变频器控制的艏侧推。艏側推用岸电
了较小的环路内,从而抑制传导发射干扰与辐射调试、一切正常,当用船电调试时,发生了连续烧毁
发射干扰(注:图4中的A点即为等效电路图5发电机AVR板的事故
中的A点)
原因分析。由于变频器产生的低次谐波一方
分布电容
面消耗了大量的无功功率,使线路的功率因数大
后
为下降,致使并联运行发电机的AVR板持续震
ISN i
电
屏蔽层
荡;另ー方面,由于AVR板上开关管的散热器不
合理的布局,变频器产生的谐波干扰通过快速静
图4压器屏蔽层接地在原理图中的位置
电释放( electro-static discharge,ESD)丽将开关
管击穿。最后通过在变频器的输人回路卑入电抗
器以及在发电机的AVR板上用静电屏蔽的方法
LISN
0.31 DF- 56 PF
消除ESD,成功地解决了问题。具体儆法如下
6
1)在变频器的输入回路中,频率较低的谐波

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