电磁兼容详细讲解

工程电磁兼容ElectroMagneticCompatibility 2008年3月 2 在复杂的电磁环境中 每台电子 电气产品除了本身要能抗住一定的外来电磁干扰保持正常的工作以外 还不能产生对该电磁环境中的其他电子 电气产品所不能容忍的电磁干扰 或者说 既要满足有关标准规定的电磁敏感度极限值要求 又要满足其电磁发射极限值要求 这就是电子 电气产品电磁兼容应当解决的问题 也是电子 电气产品要通过电磁兼容认证的必要条件 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 电磁兼容 EMC ElectroMagneticCompatibility 含义 简言之 就是指在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干涉 达到 兼容 状态 3 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 1 电磁干扰的危害 1 电磁干扰对设备的危害 2 电磁场对人体的危害 移动电话 收音机等设备影响导航系统的正常运行 雷击引起的浪涌电压 属于高能电磁干扰 具有很大的破坏力 长时间操作电脑的妇女患乳腺癌的危险性 比其他职业妇女的概率高出43 德国慕尼黑大学医学研究所调查结果 手机的辐射功率被大脑吸收 长时间使用会对大脑产生一定危害 尚无定论 仅为统计结果 4 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 2 电磁干扰的定义 电磁骚扰 EMD ElectroManneticDisturbance 是 任何可能引起装置 设备或者系统性能降级或对有生命或无生命物质产生作用的电磁现象 电磁干扰 EMI ElectroManneticInterference 是 电磁骚扰引起的设备 传输通道或系统性能的下降 电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果 电磁骚扰是一种物理现象 可能引起设备性能的降级或损害 但不一定形成后果 5 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 3 电磁干扰源的分类 传播途径 传导干扰 辐射干扰 电耦合 磁耦合 电磁耦合 近区场感应耦合 远区场感应耦合 频带 窄带干扰 宽带干扰 实施者的主观意向 有意干扰源 无意干扰源 干扰源性质 自然干扰 人为干扰 6 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 3 电磁干扰源的分类 按干扰频率范围分 可细分为5种 如下表所示 7 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 4 电磁干扰的三要素 电源 敏感设备 电磁干扰源 耦合途径 传输通道 敏感设备 指产生电磁干扰的任何元件 器件 设备 系统或自然现象 指将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通道和媒介 指受到电磁干扰影响 或者说对电磁干扰发生响应的设备 8 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 5 自然干扰 宇宙干扰 雷电干扰 大气干扰 指来自太阳系 银河系及河外星系的电磁骚扰 主要包括太空背景噪声和太阳 月亮 木星等发射的无线电噪声 指由夏季本地雷电和冬季热带地区雷电放电所产生 指除雷电放电外大气中的尘埃 雨点 雪花 冰雹等微粒在高速通过飞机 飞船表面时 由于相对摩擦运动而产生电荷迁移从而沉积静电 当电势升高到1MV时 就发生火花放电 电晕放电 热噪声 指处于一定热力学状态下的导体中所出现的无规则电起伏 它是由导体中自由电子的无规则运动引起的 9 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 6 人为干扰 有意发射干扰源 为了保证一定的作用距离 这些设备具有高功率的发射机 向空间发射大量的电磁能量 特点主要表现在 这些无线电发射设备 均按无线电管理的有关规定 工作在制定的频段上 以抑制各无线系统间的相互干扰 这些设备的发射功率及工作频率可人为地予以规定及限制 而且辐射能量的空间分布是由发射天线的方向性决定的 广播 包括调频广播 和电视发射台的数量多 发射功率大而且发射天线高 发射的电磁能量覆盖很广的区域 广播与电视发射对环境所造成的电磁污染比同功率的其他工业干扰源要大的多 10 一 电磁兼容的概念 第一章绪论 6 人为干扰 无意发射干扰源 用于工业 科学 医疗及生活中的高功率设备 主要种类有 汽车等机动车辆 其他一些无意发射设备 静电放电干扰 核爆炸电磁脉冲 11 二 电磁兼容技术的发展 第一章绪论 1 电磁兼容技术发展史 1866年 第一台发电机发电 利用电磁效应工作的电气设备越来越广泛 造成电磁环境的 污染 1823年 安培提出了电流产生磁力的基本定律 1831年法拉第发现电磁感应现象 1840年 美国人亨利成功地获得了高频电磁振荡 1864年 麦克斯韦综合了电磁感应定律和安培全电流定律 总结出麦克斯韦方程 提出位移电流的理论 1881年 英国科学家希维赛德发表了 论干扰 的文章 标志着研究干扰问题的开端 1888年 德国物理学家赫兹首创了天线 第一次把电磁波辐射到自由空间 同时又成功接收到电磁波 用实验证实了电磁波的存在 从此开始了对电磁干扰问题的实验研究 1889年 英国邮电部门研究了通信中的干扰问题 使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化 19世纪的发展历程 12 二 电磁兼容技术的发展 第一章绪论 1 电磁兼容技术发展史 20世纪以来 随着通信 广播等无线电事业的发展 人们逐渐认识到需要对各种电磁干扰进行控制 20世纪40年代 为了解决飞机通信系统受到电磁干扰造成飞行事故的问题 开始较为系统地进行电磁兼容技术的研究 1945年开始 美国颁布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设计规范 电磁兼容技术进入新的阶段 20世纪60年代 信息高速公路和高速计算机技术成为人类社会生产和生活的主导技术 电磁兼容获得空前发展 20世纪70年代 电磁兼容技术逐渐成为非常活跃的学科领域之一 20世纪80年代 美国 德国 日本 前苏联和法国等经济发达国家在电磁兼容研究和应用方面达到了很高的水平 从1996年1月1日开始 欧洲共同体12国和欧洲自由贸易的北欧6国共同宣布电磁兼容性许可制度 使电磁兼容性认证与电工电子产品安全认证处于同等重要的地位 20世纪的发展历程 13 二 电磁兼容技术的发展 第一章绪论 2 我国电磁兼容技术发展 我国过去的工业基础比较薄弱 电磁环境危害尚未充分保露 对渐次兼容认识不足 1966年由原第一机械工业部制定的部级标准JB 854 66 船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法与允许值 1983年 发布了第一个国家电磁兼容标准 GB T3907 1983 工业无线电干扰基本测量方法 1984年 中国通信学会 中国电子学会 中国铁道学会和中国电机工程学会在重庆召开了第一届全国性电磁兼容学术会议 1992 5 中国电子学会和中国通信学会在北京成功地举办了 第一届北京国际电磁兼容学术会议 EMC 92 Beijing 1986年 我国成立了 全国无线电干扰标准化技术委员会 简称无干委 2001 12 国家发布了 强制性产品认证管理规定 ChinaCompulsoryCertification 简称为 3C 认证 该规定里包含电磁兼容性认证 14 三 电磁兼容性的实施 第一章绪论 1 技术措施 为了实现系统内 外的电磁兼容 需从技术上和组织上两方面采取措施 从分析电磁干扰三要素 即干扰源 耦合途径和敏感设备 入手 采取有效的技术手段 抑制干扰源 减少不希望有的发射 消除或减少干扰耦合 增加敏感设备的抗干扰能力 削弱不希望的响应 2 组织措施 为了抑制干扰实现电磁兼容 国际上成立了一系列的组织 还有各国政府及军事部门等 它们制定了一系列电磁兼容标准 规范和频谱分配 规定了干扰发射的极限值 限制各种设备发射出超过标准的干扰 并使各种系统在制定的频域 时域及空域上工作 尤其是推行强制性电磁兼容认证 以保证电磁兼容的有效实施 15 三 电磁兼容性的实施 第一章绪论 电磁兼容的控制技术 1 传输通道抑制 具体方法有滤波 屏蔽 搭接 接地 合理布线 2 空间分离 地点位置控制 自然地形隔离 方位角控制 电场矢量方向控制 3 时间分离 时间共用准则 主动时间分隔 被动时间分隔等 4 频谱管理 频谱规划 划分 制定标准规范 频率管制等 5 电气隔离 变压器隔离 光电隔离 继电器隔离 DC DC变换等 6 其他技术 16 三 电磁兼容性的实施 第一章绪论 一 电磁兼容的控制技术 1 传输通道抑制 具体方法有滤波 屏蔽 搭接 接地 合理布线 2 空间分离 地点位置控制 自然地形隔离 方位角控制 电场矢量方向控制 3 时间分离 时间共用准则 主动时间分隔 被动时间分隔等 4 频谱管理 频谱规划 划分 制定标准规范 频率管制等 5 电气隔离 变压器隔离 光电隔离 继电器隔离 DC DC变换等 6 其他技术 17 四 电磁兼容技术术语 第一章绪论 1 一般术语 设备 equipment 设备是指作为独立单元进行工作 并完成单一功能的任何电气 电子或机电装置 分系统 subsystem 从电磁兼容性要求的角度考虑 下列任一状况都可以认为是分系统 作为整体起作用的许多装置或设备的组合 但并不要求其中的装置或设备独立起作用 作为在一个系统内起主要作用并完成单项或多项功能的许多设备或分系统的组合 18 第一章绪论 1 一般术语 系统 system 系统是指 若干设备 分系统 专职人员及可以执行或保障工作任务的技术组合 系统 分系统 设备关系图 四 电磁兼容技术术语 19 第一章绪论 1 一般术语 电磁兼容性 electromagneticcompatibility 是指在不损失有用信号所包含的信息条件下 信号和干扰共存的能力 标准 standard 建议 recommendation 标准和建议是能够被重复和连续地使用 由认可的标准化组织批准的一套技术规范 其符合性不是强制性的而是推荐性的 IEC对标准所下的定义为 标准是为了促进国际贸易 对某个技术领域达成国际一致意见的公开文档 一致意见是根据批准和出版国际标准的严格程序得到的 四 电磁兼容技术术语 20 第一章绪论 1 一般术语 技术规范 technicalspecification 技术规范在详细内容和完整性方面近似标准 因为未达成一致意见或还不成熟 为通过批准程序 技术报告 technicalreports 除了未达成一致意见外 技术报告还具有以下特点 所涉及的内容仍处于技术发展阶段 不适于作为国际标准出版 但将来有可能成为国际标准 将某个标准化组织的标准作为资料出版 包含与将要出版的国际标准不同内容的信息 例如特定技术领域的技术水平的调查信息 四 电磁兼容技术术语 21 第一章绪论 1 一般术语 工业 科学 医疗仪器 industrialscientificandmedical ISM equipment 按工业 科学 医疗 家庭或类似用途的要求而设计 用以产生并局部使用无线电频率能量的设备或装置 不包括用于通信领域的设备 电磁环境 electromagneticenvironment 存在于给定场所的所有电磁现象的综合 给定场所 即 空间 所有电磁现象 包括了全部 时间 与全部 频谱 四 电磁兼容技术术语 22 第一章绪论 2 干扰术语 电磁噪声 electromagneticnoise 是一种明显不传送信息的时变电磁现象 它可能与有用信号叠加或组合 自然噪声 naturalnoise 是由自然电磁现象产生的电磁噪声 人为噪声 man madenoise 是由机电或其他人造装置产生的噪声 无线电噪声 radionoise 是射频频段内的电磁噪声 四 电磁兼容技术术语 23 第一章绪论 2 干扰术语 大气无线电噪声 atmosphericradionoise 是大气自然现象产生的无线电噪声 无用信号 unwantedsignal undesiredsignal 可能损坏有用信号接收的信号 干扰信号 interferingsignal 是损害有用信号接收的信号 电磁骚扰 electromagneticdisturbance 是任何可能引起装置 设备或系统性能降级或对生命或无生命物质产生损耗作用的电磁现象 四 电磁兼容技术术语 24 第一章绪论 2 干扰术语 电磁干扰 electromagneticinterference 是有电磁骚扰引起的设备 传输通道或系统性能的下降 无线电干扰 radiointerference 在射频频段 9kHz 3000GHz 内的电磁干扰 脉冲骚扰 噪声 impulsivedisturbancenoise 其效应能分解成一系列不连续脉冲的电磁骚扰 噪声 随机骚扰 噪声 randomdisturbancenoise 时间上和 或 幅度上随机出项的大量不连续的电磁骚扰 噪声 四 电磁兼容技术术语 25 第一章绪论 2 干扰术语 传导干扰 conductedinterference 沿着导体传播的电磁干扰 辐射干扰 radiatedinterference 通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰 宽带干扰 broadbandinterference 有足够宽的频谱能量分布 以致所用的干扰测量仪在正负两个脉冲带宽内调谐时 其输出响应变化不大于3dB的一种电磁干扰 窄带干扰 narrowbandinterference 基本频谱能量处于所用干扰测量仪通带以内的电磁干扰 四 电磁兼容技术术语 26 第一章绪论 2 干扰术语 干扰源 interferencesource 任何产生电磁干扰的元件 器件 装置 设备 系统或自然现象 天电干扰 atmosphericinterference 由大气无线电噪声引起的干扰 宇宙干扰 cosmicinterference 由银河系的电磁辐射所造成的干扰 工业干扰 industrialinterference 各种电气 电子设备或系统所产生的电磁干扰 四 电磁兼容技术术语 27 第一章绪论 3 发射术语 电磁发射 electromagneticemission 是从源向外发出电磁能的现象 即以辐射或传导形式从源发出的电磁能量 电磁辐射 electromagneticradiation 是由不同于传导机理所产生的有用信号的发射或电磁骚扰的发射 电磁辐射是将能量以电磁波形式由源发射到空间并且以电磁波形式再空间传播 机壳辐射 cabinetemission 由设备外壳产生的辐射 不包括所接天线或电缆产生的辐射 辐射发射 radiatedemission 是通过空间传播的 有用的或不希望有的电磁能量 四 电磁兼容技术术语 28 第一章绪论 3 发射术语 传导发射 conductedemission 是沿电源 控制线或信号线传输的电磁发射 宽带发射 broadbandemission 是能量谱分布足够均匀和连续的一种发射 窄带发射 narrowbandemission 由设备外壳产生的辐射 不包括所接天线或电缆产生的辐射 杂散发射 spuriousemission 是在必要发射带宽以外的一个或几个频率上的电磁发射 四 电磁兼容技术术语 29 第一章绪论 3 发射术语 谐波发射 harmonicemission 发射机发出的由电路中不希望有的振荡引起的一种电磁辐射 寄生发射 parasiticemission 发射机发出的频率为载波频率整数倍的不是信号组成部分的一种发射 四 电磁兼容技术术语 30 第一章绪论 4 电磁兼容性能术语 对骚扰的抗扰度 immunitytoadisturbance 在存在电磁骚扰的情况下 装置 设备或系统不能避免性能降低的能力 电磁敏感性 EMS electromagneticsusceptibility 装置 设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力 时变量的电平 leveloftimevaryingquantity 用规定方式在规定时间间隔内求得诸如功率或场参数等时变量的平均值或加权值 骚扰限制 limitofdisturbance 对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平 四 电磁兼容技术术语 31 第一章绪论 4 电磁兼容性能术语 干扰限制 limitofinterference 预期加在工作于指定条件的装置 设备或系统上规定的最大电磁骚扰电平 电磁兼容电平 electromagneticcompatibilitylevel 干扰限制是电磁骚扰使装置 设备或系统最大允许的性能降低 性能降低 degradationofperformance 是装置 设备或系统的工作性能与正常性能的非期望偏离 骚扰源的发射电平 emissionlevelofadisturbancesource 用规定的方法测得的由特定装置 设备或系统发射的某给定电磁骚扰电平 四 电磁兼容技术术语 32 第一章绪论 4 电磁兼容性能术语 来自骚扰源的发射限制 emissionlimitfromadisturbsource 将某给定的电磁骚扰施加于某一装置 设备或系统而该装置设备或系列仍能正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平 抗扰度电平 immunitylevel 规定电磁骚扰源的最大发射电平 抗扰度限值 immunitylimit 规定的最小抗扰度电平 抗扰度裕量 immunitymargin 装置 设备或系统的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值 四 电磁兼容技术术语 33 第一章绪论 4 电磁兼容性能术语 电磁兼容裕量 electromagneticcompatibilitymargin 削弱或消除电磁骚扰的措施 骚扰抑制 disturbancesuppression 装置 设备或系统的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值 干扰抑制 interferencesuppression 削弱或消除电磁干扰