电磁兼容教程

news2024/11/20 9:33:01

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定义:

电磁环境,设备正常工作,不干扰其他设备。共存

电磁兼容研究 有限时间、空间、频谱设备共存的科学

要素:

电磁环境是由空间、时间、频谱三要素组成。

电磁兼容要求:

在共同电磁环境中,任何设备都应不受干扰且不干扰其他设备。 

电磁兼容涉及问题五大方面: 

 骚扰源特性、敏感设备抗干扰性能、电磁骚扰传播特性、电磁兼容测量、系统内、间电磁兼容性

(1) 骚扰源特性研究

  电磁骚扰产生机理,频域、时域特性,表征其特性主要参数,抑制其发射强度方法。

(2) 敏感设备抗干扰性能

  电磁兼容,被干扰或可能受电磁骚扰的设备称为敏感设备。如何提高敏感设备抗干扰性能

(3) 电磁骚扰传播特性

  研究电磁骚扰如何从骚扰源传播到敏感设备上去,包括辐射与传导。

 电磁兼容传播特性研究的特点:源的非理想化宽频率范围

(4)电磁兼容测量

 包括测量设备、测量方法、数据处理方法及测量结果的评价等等。

 由于电磁兼容问题复杂性,理论上的结果往往与实际相距较远,因而使得电磁兼容测量显得更为重要。

 由于电磁骚扰源在频域与时域特性的复杂性, 标准中采用表征电磁噪声参数(例如:峰值、准峰值、有效值、平均值)都是用等效于某一个特定参数的正弦信号定标的。即:测量得到的电磁噪声电平是等效于某个正弦信号的电平。

(5) 系统内与系统间的电磁兼容性

         在系统内或系统间,EMC问题复杂:

干扰源可能同时也是敏感设备;

传播的途径往往是多通道的;

干扰源与敏感设备不只一个等等。

         需对系统内的或系统间电磁兼容问题进行分析与预测

电磁干扰及其危害

  

① 干扰电视收看、广播收音机收听。

② 在数字系统与数据传输过程中数据丢失。

③ 在设备、分系统或系统级正常工作的破坏

④ 医疗电子设备(例如医疗监护仪、心电起搏器等)工作失常。

⑤ 自动化微处理器控制系统(例如:汽车的刹车系统、防撞气囊保护系统)的工作失控。

⑥ 导航系统的工作失常。

⑦ 起爆装置的无意爆炸。

⑧ 工业过程控制功能(例如:石油或化工)的失效。

      除此之外,强电场对生物体造成影响。

     由此可见,电磁环境的恶化,会导致多方面的后果。

欧洲的CE指令、美国的FCC联邦法规、3C认证有相应的电磁兼容要求。

定义

  1. (电磁)发射(electromagnetic)emission

从源向外发出电磁能现象。”电磁兼容中发射包含传导发射辐射发射

  1.  电磁骚扰   electromagnetic disturbance

“引起设备性能降低或对物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号传播媒介自身变化。”

  1.  电磁干扰   electromagnetic interference

“电磁骚扰引起的设备、系统性能的下降。(后果)

电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。

  1. 性能 降低 degradation(of Performance)

“设备工作性能不正常。”

  1. 电磁环境   electromagnetic environment

“场所的所有电磁现象的总和。”

  1. 电磁噪声   electromagnetic noise

“一种明显不传送信息的时变电磁现象,可能与有用信号叠加或组合。”

一般认为无线电频率从10kHz开始向上。而“电磁”现象则包括所有的频率,除无线电频率外,还包括所有的低频(包括直流)电磁现象。

  1.   无用信号   unwanted signal, undesired signal

“可能损害有用信号的信号。”

  1.   干扰信号   interfering signal

“损害有用信号的信号”。

无用信号是“可能损害…”,而干扰信号是“损害…”。表明无用信号在某些条件下还是有用的无害的;而干扰信号任何情况下都是有害的。

  1. (对骚扰的)抗扰度   immunity(to a disturbance)

“设备面临电磁骚扰下降低运行性能的能力。”

  1. (电磁)敏感性   (electromagnetic)susceptibility—EMS

“在存在电磁骚扰情况下,设备不能避免性能降低能力。注:敏感性高,抗扰度低。”

抗扰度与敏感性都反应设备抗干扰的能力。

军用标准体系用敏感性;而民用标准体系用抗扰度

  1.   骚扰限值(允许值)   limit of disturbance

“对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。

  1.   干扰限值(允许值)   limit of interference

“电磁骚扰使设备最大允许的性能降低。”

  1.   (来自骚扰源的)发射限值 emission limit (from a disturb source)

“规定电磁骚扰源的最大发射电平。

  1.   发射裕量   emission margin

“设备电磁兼容电平与发射限值之间的差值。”

  1. (时变量的)电平   level(of time varying quantity)

“用规定方式在规定时间间隔内求得的诸如功率或场参数等时变量的平均值或加权值。”

  1.   (骚扰源的)发射电平 emission level (of a disturbance source)

“用规定的方法测得的由设备发射的某给定电磁骚扰电平。”

  1.    (电磁)兼容电平   (electromagnetic) compatibility level

“预期加在工作于指定条件设备上规定的最大电磁骚扰电平。”

注:实际上磁兼容电平并非绝对最大值,而可能以小概率超出。

  1. 抗扰度电平   immunity level

“将某给定的电磁骚扰施加于某一设备其仍能正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。”

也就是说:超过此电平,该设备就会出现性能降低。而敏感性电平,是指刚刚开始出现性能降低的电平。所以对某设备,扰抗度电平与敏感性电平是同一个数值。

  1.   抗扰度限值   immunity limit

“规定的最小抗扰度电平。”

  1. 抗扰度裕量   immunity margin

“设备抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。”

  1.   (电磁)兼容裕量   (electromagnetic) compatibility margin

“设备的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值。”

  1.   骚扰抑制   disturbance suppression

“削弱或消除电磁骚扰的措施。”

骚扰抑制是加于电磁发射器(源)上的措施。

  1.   干扰抑制   interference suppression

“削弱或消除电磁干扰的措施。”

干扰抑制是加于敏感设备(被干扰对象)上的措施。

几个术语之间的相互关系

 

       在电磁兼容测量中常用单位

  功率

  电压

  电流

  功率密度与电场强度

  磁场强度

电磁干扰形成三要素

电磁骚扰源

耦合途径或传播通道,

敏感设备。

 

电磁骚扰源包括自然骚扰源人为骚扰源。

自然骚扰源包括:

①来自银河系的电磁噪声;

②来自太阳系的电磁骚扰;

③来自大气层的电磁骚扰;

④热噪声。

人为骚扰源包括:

①工科医(射频)设备;

②高压电力系统与电力电子系统;

③电牵引系统;

④内燃机点火系统;

⑤声音和广播电视接收机;

⑥家用电器、电动工具与电气照明;

⑦信息技术设备;

⑧静电放电;

⑨核电磁脉冲;

⑩通讯、广播、定位等大功率设备。

电磁骚扰传播途径

电磁骚扰的传播途径包括传导耦合和辐射耦合。

传导耦合包括互传导耦合和导线间感性与容性耦合。

辐射耦合包括近场耦合和远场耦合。

 

传导耦合在骚扰源和敏感设间有完整电路连接,骚扰信号沿着连接电路传递到敏感设备,发生干扰现象。

这个传输电路可包括:导线、设备的导电部件、供电电源、公共阻抗、接地平面、电阻、电感、电容、和互感元件等。

辐射耦合是通过介质以辐射电磁波形式传播,骚扰能量按电磁波的规律向周围空间发射。

常见的辐射耦合有三种:

①骚扰源天线发射的电磁波被敏感设备天线意外接收,称为天线对天线耦合

②空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线的耦合

③两根平行导线之间的高频信号感应,称为线对线感应耦合

所有低压小信号设备都是电磁骚扰的敏感设备。

电磁骚扰以辐射和传导方式侵害敏感设备的。

端口就如传输的“界面”,通过这些端口,电磁骚扰进入(或出自)被考虑的设备。

骚扰现象的性质和骚扰程度与端口的类型有关。

端口

辐射骚扰出现在设备周围的媒体中,而传导骚扰出现在各种金属性媒体中。

端口的概念可以对各种媒体加以区分:

①外壳端口;

②交流电源端口;

③直流电源端口;

④控制线/信号线端口;

⑤接地端口,即系统和地或参考地之间的连接。

各种类别的兼容电平是按照对应的端口概念作出的。

电磁骚扰进入设备的端口

) 电源端子干扰电压。

(2) 其它端子干扰电压或干扰电流。这些端子一般包括通讯端口、有线广播端口和负载端口。

(3) 辐射干扰场强及干扰功率。

(4) 静电放电抗扰度

(5) 射频电磁场抗扰度

(6) 电快速瞬变脉冲群抗扰度

(7) 冲击(雷击/浪涌)抗扰度

(8) 由射频场感应的传导干扰抗扰度

(9) 磁场(含工频磁场和脉冲磁场)抗扰度

(10) 电源电压跌落、瞬时中断及电压变化抗扰度

(11) 谐波电流发射

(12) 电压闪烁和波动

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