本书介绍了电力电子系统电磁干扰的形成机理、建模方法和主动抑制技术。针对基于全控器件的现代电力电子装置电磁干扰源的新特点，提出了电磁干扰分析与预测模型；通过分析不同频段电磁干扰决定因素，分别提出了基于混沌脉宽调制、有源驱动、有源电磁干扰滤波等主动电磁干扰抑制技术，在不增加或少增加电力电子装置体积、重量的前提下，有效降低了电磁干扰幅值并缓解了电力电子装置高功率密度与良好电磁兼容性之间的矛盾。 本书的读者对象为电气工程领域的高校教师、研究生，以及电磁兼容相关专业的技术人员。

第1章 电磁干扰概述
　　随着电力系统、电气工程和电子工程相关技术的迅猛发展，电磁兼容问题几乎涉及所有用电设备和系统。特别是随着各领域中的设备和系统向着高频、高速、高密度(小型化、大规模集成化)和大功率方向高速发展，电磁兼容问题呈现出前所未有的重要性，尤其是用电设备、系统的电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)问题更加突出，越来越需要得到足够的重视。
　　本章介绍电磁兼容与电磁干扰的基本概念、电磁干扰形成的三要素，以及电磁干扰测试与标准，即电磁干扰的量化方法与限值。
　　1.1 电磁兼容基本概念
　　1.1.1 电磁环境
　　我国国家军用标准(简称国军标)GJB 72A—2002《电磁干扰和电磁兼容性术语》中对电磁环境的定义为存在于某场所的所有电磁现象的总和[1]，即在一定的空域、时域和频域内由自然或人为产生的包括电场、磁场和电磁场的所有电磁现象。
　　电磁环境对电力电子系统、设备、装置运行能力的影响称为电磁环境效应，它覆盖了包括电磁兼容性(electromagnetic compatibility，EMC)、电磁干扰、电磁易损性、电磁脉冲、电子对抗、电磁辐射等所有电磁学科的内容。
　　各个领域中电力、电气、电子设备和系统自身的功率能量及功率密度的不断增加，致使周围的电磁环境遭受的电磁污染日益严重；另外，在有限的空间、时间和频谱资源下，各类用电设备的数量急剧增加，密集程度也越来越高，给电磁环境的治理增加了难度。在恶劣的电磁环境下，往往会使用电设备或系统无法正常工作，造成其性能降级甚至故障从而引发事故。因此，电磁环境的影响越来越需要得到足够的重视。如果对电磁环境的应对措施不充足，那么可能引起电磁兼容问题、造成经济损失甚至人身伤亡等严重事故。
　　2011年7月23日发生的甬温线特别重大铁路交通事故，由于雷击造成列控中心采集驱动单元采集电路电源回路中的保险管熔断，采集数据不再更新，错误地控制轨道电路发码及信号显示，使行车处于不安全状态；同时雷击还造成了轨道电路发送器与列控中心的通信故障，*终造成列车追尾的重大事故[2]。2018年5月1日千架无人机在西安南门上空编队飞行表演，无人机排列组成一系列文字与图案，该表演创造了“*多无人机同时飞行”的吉尼斯世界纪录，然而无人机表演过程中出现“乱码”，未能完成相关图案，经分析是由于部分无人机的定位及辅助定位系统在起飞后受到定向干扰，造成其位置和高度数据异常，导致未能呈现预期效果。
　　1.1.2 电磁兼容定义
　　电磁兼容是指设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。而电磁兼容性在GB/T4365—2003《电工术语电磁兼容》中的定义为设备或系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰(electromagnetic disturbance，EMD)的能力[3]。在工程实践中，往往不加区别地使用“电磁兼容”和“电磁兼容性”，且采用同一英文缩写EMC。
　　国军标GJB 72A—2002《电磁干扰和电磁兼容性术语》中对电磁兼容性的定义包括以下两个方面[1]：
　　(1)设备、分系统、系统在预定的电磁环境中运行时，可按规定的安全裕度实现设计的工作性能，且不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级；
　　(2)设备、分系统、系统在预定的电磁环境中正常地工作且不会给环境(或其他设备)带来不可接受的电磁干扰。
　　由此可见，电磁兼容性要求设备或系统对其所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；同时要求设备或系统需要具备一定的抗扰度，使其电磁敏感度(electromagnetic susceptibility，EMS)能够满足在其工作的电磁环境中正常工作的要求，敏感度在民用标准中又称为抗扰度。根据电磁干扰传播途径的不同，如图1.1所示，电磁干扰又可分为传导电磁干扰和辐射电磁干扰，电磁敏感度又可分为传导敏感度和辐射敏感度。
　　电磁兼容学是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源下，各种用电设备或系统(广义的还包括生物体)可以共存，且不致引起性能降级的一门学科。
　　电磁兼容的理论基础涉及数学、电路分析、电磁场理论、信号分析与处理、天线理论、传输线理论等学科与技术，其应用范围几乎涉及所有用电领域。电磁兼容研究的对象从芯片到器件，从电源、通信设备到电力系统，从各型车辆、无人机、有人机、航天器到武器装备、洲际导弹，甚至包括整个地球的电磁环境等。
　　1.1.3 电磁兼容标准
　　电磁兼容标准是规范电力、电气、电子设备或系统电磁兼容性的重要依据，我国和世界上的主要国家都制定了电磁兼容标准，提出了设备级和系统级电磁兼容性的强制性要求。电磁兼容标准是进行电磁兼容设计的指导性文件，也是电磁兼容试验的重要依据，只有满足相应的电磁兼容标准的要求，通过标准中规定的电磁兼容试验，才能够取得相应的产品认证，具备市场准入的基本资格。
　　电磁兼容标准同所有标准一样，并不是一成不变的。随着科学技术的发展和不断的实践检验，电磁兼容标准也在不断地迭代与更新，以对标准限值、测试方法等做出更为科学的规定。
　　1.电磁兼容标准化组织
　　表1.1为国际上主要的电磁兼容领域的标准化组织。其中关于电磁兼容的标准主要是由国际电工委员会所制定的。国际无线电干扰特别委员会和第77技术委员会分别为IEC中负责制定电磁兼容标准的平行组织。关于CISPR和IEC/TC77的分工问题，一般倾向于9kHz以上的电磁兼容问题由CISPR负责，9kHz以下的由IEC/TC77负责。除上述标准化组织，表1.1中列出的其他组织也制定了标准和法规对电磁兼容做出限制。
　　我国电磁兼容标准化起步较晚，原创性标准较少，我国已颁布的绝大多数电磁兼容国家标准“等同采用”(标注为IDT)或“修改采用”(标注为MOD)国际标准。民用电磁兼容的国家标准基本上等同采用或修改采用IEC标准(IEC/CISPR、IEC/TC77)，因此我国电磁兼容标准体系与国际IEC体系相同。
　　2.IEC电磁兼容标准体系
　　IEC电磁兼容标准体系的构架由基础标准、通用标准、产品类标准和专用标准四个层级构成，每个层级分为发射标准和抗扰度标准。IEC电磁兼容标准体系架构如图1.2所示。
　　3.电磁兼容标准分类
　　基础标准是制定其他电磁兼容标准的基础或引用文件，包括电磁兼容术语、电磁现象的描述，干扰发射限值的总要求，测量、试验技术和方法，试验等级，环境的描述和分类等。
　　通用标准规定了通用环境下电磁兼容*低的基本要求、测试与试验程序，通用环境分为两大类：A类为工业环境；B类为居住、商业和轻工业环境。
　　产品类标准是针对特定系列产品而制定的电磁兼容发射和抗扰度要求、限值、测量和试验程序等标准。系列产品是指一组类似的产品、系统或设施。
　　专用标准是针对特定产品、系统或设施而制定的电磁兼容标准。专用标准更加具体，更加具有针对性。
　　4.我国电磁兼容标准
　　中华人民共和国国家标准(简称国标)，由国家标准化管理委员会发布。其中，强制性国家标准的代号为“GB”，推荐性国家标准的代号为“GB/T”，国家标准化指导性技术文件的代号为“GB/Z”。标准编号后一般跟随年份标识以表示该标准版本的发布年份。在1994年之前发布的标准，以2位数字代表年份。自1995年开始发布的标准，标准编号后的年份才以4位数字代表。
　　目前，我国已制定和颁布的电磁兼容类国家标准有100余部，大部分基于CISPR和IEC所制定的标准等同采用或修改采用而来，还有一些蓝本来自IEEE和其他标准化组织的标准，以及部分我国自主制定的标准。我国核心电磁兼容标准与国际标准对照如表1.2所示。

目录
序
前言
第1章 电磁干扰概述 1
1.1 电磁兼容基本概念 1
1.1.1 电磁环境 1
1.1.2 电磁兼容定义 2
1.1.3 电磁兼容标准 3
1.1.4 电磁兼容设计 7
1.1.5 电磁兼容测试 9
1.1.6 电磁兼容与电磁干扰 13
1.2 电磁干扰三要素 14
1.2.1 电磁干扰源 14
1.2.2 电磁干扰传播路径 17
1.2.3 敏感设备 21
1.3 电磁干扰测试与标准 22
1.3.1 电磁干扰测试 22
1.3.2 电磁干扰标准与限值 31
1.3.3 电磁干扰常用单位及换算 35
参考文献 38
第2章 电力电子系统电磁干扰 40
2.1 电力电子系统的发展与概况 40
2.1.1 电力电子系统的构成与分类 42
2.1.2 新型电力电子系统 44
2.2 典型电力电子系统电磁干扰问题 46
2.2.1 工业电源及其电磁干扰问题 47
2.2.2 电气化交通中的电磁干扰问题 49
2.2.3 “双高”电力系统及其电磁干扰问题 52
2.2.4 新型电力电子系统及其电磁干扰问题 54
2.3 电力电子系统电磁干扰分析方法 55
2.3.1 电力电子系统电磁干扰源特性分析 55
2.3.2 电力电子系统电磁干扰耦合方式特性分析 57
2.4 电力电子系统电磁干扰抑制方法 64
2.4.1 电磁干扰被动抑制方法 65
2.4.2 电磁干扰主动抑制方法 70
参考文献 72
第3章 电力电子系统的电磁干扰建模、量化与预测 75
3.1 傅里叶级数展开与傅里叶变换 75
3.1.1 周期信号的傅里叶级数 75
3.1.2 连续时间傅里叶级数的性质 79
3.1.3 非周期信号的傅里叶变换 82
3.1.4 连续时间傅里叶变换的性质 83
3.2 电磁干扰源建模与量化 84
3.2.1 矩形波 85
3.2.2 梯形波 86
3.2.3 S形波 89
3.2.4 振铃波 92
3.3 电磁干扰传播路径建模 95
3.3.1 典型器件高频模型 95
3.3.2 传输线高频模型 98
3.3.3 传导电磁干扰传播路径建模 105
3.4 电力电子系统传导电磁干扰预测 106
3.4.1 共模电磁干扰预测 107
3.4.2 差模电磁干扰预测 110
3.4.3 传导电磁干扰建模应用 111
参考文献 124
第4章 基于混沌脉宽调制的电力电子系统电磁干扰主动抑制方法 125
4.1 混沌脉宽调制原理 125
4.1.1 混沌理论 125
4.1.2 电力电子系统的混沌现象 130
4.1.3 混沌脉宽调制实现方法 132
4.1.4 混沌脉宽调制信号生成 133
4.2 混沌调制信号选择策略 136
4.2.1 混沌信号对频谱分布影响机理 136
4.2.2 混沌信号选择策略 140
4.3 混沌脉宽调制在电力电子系统中的应用 143
4.3.1 直流变换器 144
4.3.2 逆变器 144
4.3.3 四象限变流器 145
4.4 混沌脉宽调制电力电子系统电磁干扰量化方法 146
4.4.1 直流变换器电磁干扰量化方法 147
4.4.2 交直流变换器电磁干扰量化方法 150
4.5 混沌脉宽调制电力电子系统性能综合分析 156
4.5.1 电气性能分析 156
4.5.2 损耗分析 157
参考文献 173
第5章 基于混沌脉宽调制的电磁干扰滤波器电力电子系统电磁干扰
抑制方法 175
5.1 电磁干扰滤波器分类与设计方法 175
5.1.1 无源电磁干扰滤波器 175
5.1.2 有源电磁干扰滤波器 180
5.2 基于混沌脉宽调制的无源电磁干扰滤波器优化设计方法 185
5.2.1 无源电磁干扰滤波器的技术局限性 185
5.2.2 结合混沌脉宽调制的无源电磁干扰滤波器设计 188
5.2.3 在电力电子系统中的应用 193
5.3 基于混沌脉宽调制的有源电磁干扰滤波器优化设计方法 205
5.3.1 有源电磁干扰滤波器的技术局限性 205
5.3.2 结合混沌脉宽调制的有源电磁干扰滤波器设计 207
5.3.3 在电力电子系统中的应用 212
参考文献 216
第6章 基于有源驱动技术的电力电子系统电磁干扰主动抑制方法 218
6.1 宽禁带半导体器件电磁干扰新问题 218
6.1.1 宽禁带半导体器件的特点与发展 218
6.1.2 宽禁带半导体器件开关动态特性 220
6.1.3 宽禁带半导体器件电磁干扰特性分析 226
6.2 基于有源驱动技术的高频电磁干扰抑制方法 227
6.2.1 电压、电流尖峰和振荡抑制机理 227
6.2.2 电压注入型有源驱动技术 228
6.2.3 电流注入型有源驱动技术 234
6.3 基于有源驱动技术的桥式变换器串扰抑制方法 239
6.3.1 串扰形成机理 239
6.3.2 串扰峰值精确量化方法 243
6.3.3 基于多电平有源驱动的串扰抑制方法 253
6.3.4 基于三电平有源驱动电路的串扰抑制方法 265
6.3.5 基于低电平钳位有源驱动电路的串扰抑制方法 270
参考文献 276
第7章 模块化多电平变换器的共模电磁干扰主动抑制方法 277
7.1 模块化多电平变换器原理与共模电磁干扰问题 277
7.1.1 模块化多电平变换器原理 277
7.1.2 模块化多电平变换器常用调制策略 280
7.1.3 模块化多电平变换器共模电磁干扰问题 285
7.2 基于混沌脉宽调制的共模电磁干扰抑制方法 288
7.2.1 混沌脉宽调制原理 288
7.2.2 混沌载波移相正弦脉宽调制抑制共模电磁干扰 289
7.3 基于六段式调制的共模电磁干扰抑制方法 291
7.3.1 六段式调制原理 291
7.3.2 六段式载波层叠正弦脉宽调制抑制共模电磁干扰 297
7.3.3 六段式*近电平逼近调制抑制共模电磁干扰 299
7.4 基于脉冲顺接调制的共模电磁干扰抑制方法 301
7.4.1 脉冲顺接载波移相调制原理 301
7.4.2 脉冲顺接载波移相正弦脉宽调制抑制共模电磁干扰 302
参考文献 306