第1章电磁兼容技术概述

1、第第1章章 电磁兼容技术概述电磁兼容技术概述n1.1 电磁兼容概述 n1.2 电磁兼容技术的发展及电磁认证 电磁兼容性电磁兼容性 (ElectroMagnetic(ElectroMagnetic CompatibilityEMC) CompatibilityEMC) 1.1.1 1.1.1 引言引言随着科学技术的发展, 人们在生产及生活中使用的电气及电子设备的数量越来越多, 这些设备在工作的同时往往要产生一些有用的或无用的电磁能量, 这些能量将影响其他设备的工作, 从而形成了电磁电磁干扰。干扰。1.1 1.1 电磁兼容概述电磁兼容概述 为什么要掌握电磁兼容技术技术n电磁干扰和电磁污染的危害日益

2、严重电磁干扰和电磁污染的危害日益严重 电磁兼容标准强制实施 市场竞争日益激烈 为什么要掌握电磁兼容技术n各国都注重各国都注重EMC教育和培训及学术交流，国际教育和培训及学术交流，国际上每年举办有关上每年举办有关EMC学术交流会和培训班。学术交流会和培训班。n研究的热点已涉及社会许多方面，如计算机安研究的热点已涉及社会许多方面，如计算机安全、电信设备电磁兼容、航空航天、武器系统、全、电信设备电磁兼容、航空航天、武器系统、电磁场生物效应、地震电磁现象电磁场生物效应、地震电磁现象, 。n我国对电磁环境学重要性越来越重视，目前已我国对电磁环境学重要性越来越重视，目前已有许多单位从事相关研究。有许多单位

3、从事相关研究。n电磁兼容学正是为解决这一类问题而迅速发展电磁兼容学正是为解决这一类问题而迅速发展起来的一门新兴学科。起来的一门新兴学科。 日常生活的电磁环境日常生活的电磁环境图图1-1 具有多重电磁干扰的生活环境具有多重电磁干扰的生活环境雷达和电视台雷电电力传输线移动电台电机传导噪声交流供电电路点火图图1-2 1-2 信息系统复杂的电磁环境信息系统复杂的电磁环境信息系统复杂的电磁环境信息系统复杂的电磁环境在人们的生活中, 电磁兼容效应普遍存在, 形式各异。 如果电磁兼容效应严重, 则将导致严重的故障或事故, 同时对人体健康也有影响。 人们将电磁干扰的危害程度分为五个等级：人们将电磁干扰的危害程

4、度分为五个等级： 灾难性的、灾难性的、 非常危险的、非常危险的、 中等危险的、中等危险的、 严重的和使人烦恼严重的和使人烦恼的。的。1.1.2 1.1.2 电磁干扰的危害电磁干扰的危害1. 1. 电磁干扰对设备的危害电磁干扰对设备的危害 长期受到电磁辐射将会影响人体健康并造成电磁污染。 高频辐射大于一定限值时, 会使人产生失眠、嗜睡等植物神经功能紊乱, 以及脱发、白血球下降、视力模糊、晶状体混浊、心电图异常等症状。2. 2. 电磁场对人体的危害电磁场对人体的危害 中华人民共和国环境电磁波卫生标准中华人民共和国环境电磁波卫生标准规定：规定： 一级标准（小于一级标准（小于10伏米），二级标准（小于

5、伏米），二级标准（小于25伏米）为中间区，伏米）为中间区， 超过二级标准地区，对人体可带来有害影响；超过二级标准地区，对人体可带来有害影响； 电磁干扰与污染的危害案例电磁干扰与污染的危害案例n 19691969年土星年土星V-V-阿波罗阿波罗1212事件事件n 19991999年医疗设备的失灵年医疗设备的失灵n 19891989年南京的雷电引起的油库爆炸年南京的雷电引起的油库爆炸n微波老鼠微波老鼠丧失记忆报告丧失记忆报告n 1986年湖北省潜江变电站火灾年湖北省潜江变电站火灾n 人类健康的潜在危险人类健康的潜在危险n 人祸、天灾、重大、致命、不胜枚举人祸、天灾、重大、致命、不胜枚举 电磁干扰与

6、污染的危害案例电磁干扰与污染的危害案例n 1992年年9月月16日深圳国际机场因日深圳国际机场因感应雷电过电压导致感应雷电过电压导致25套通讯、套通讯、雷达、导航设备中有雷达、导航设备中有5套损坏，使套损坏，使机场停业；机场停业；n1996年白云机场由于雷电导致指年白云机场由于雷电导致指挥系统故障；挥系统故障；n1961年，意大利发生了年，意大利发生了 “丘比特丘比特”导弹武器系统的雷击事故；导弹武器系统的雷击事故；n1969年年11月美国土星月美国土星“V阿波阿波罗罗12” 载人飞船在起飞后出现雷击载人飞船在起飞后出现雷击事故。事故。3. 3. 对航空的危害对航空的危害2011年7月28日雷

7、击破坏设备造成7.23温州动车追尾事故 1.1.3 1.1.3 有关电磁兼容的定义有关电磁兼容的定义1)1) 国家标准国家标准GB/T 4365-1995GB/T 4365-1995电磁术语电磁术语的定义：的定义： 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不设备或系统在其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对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。的能力。 2) 2) 美国电气电子工程师协会美国电气电子工程师协会(IEEE)(IEEE)的定义：的定义： 一个装置能在其所处的电磁环境中满意地一个装置能在其所处的电磁环境中满意地工作同时又不向该环境及同一环境中的其他装

8、置工作同时又不向该环境及同一环境中的其他装置排放超过允许范围的电磁扰动。排放超过允许范围的电磁扰动。3 3）我国国家军用标准）我国国家军用标准GJB72-85GJB72-85电磁干扰和电磁干扰和电磁兼容性名词术语电磁兼容性名词术语中给出电磁兼容性的定中给出电磁兼容性的定义为义为: : 设备设备( (分系统、分系统、 系统系统) )在共同的电磁环境在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态中能一起执行各自功能的共存状态, , 即即: : 该设该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射而导致或遭受不允许的性能降级的电磁发射而导致或遭受不允许的

9、性能降级, , 它也不会使同一电磁环境中其他设备它也不会使同一电磁环境中其他设备( (分系统、分系统、系统系统) )因受其电磁发射而导致或遭受不允许的因受其电磁发射而导致或遭受不允许的性能降级。性能降级。 一是设备要有一定的抗电磁干扰能力，一是设备要有一定的抗电磁干扰能力，使其在电磁环境中能正常工作；使其在电磁环境中能正常工作； 电磁兼容的定义中包含着两层意义：电磁兼容的定义中包含着两层意义： 二是设备工作中自身产生的电磁骚扰二是设备工作中自身产生的电磁骚扰应抑制在一定水平下，不对该环境中的任应抑制在一定水平下，不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰何事物构成不能承受的电磁骚扰。 1.1

10、.4 1.1.4 电磁干扰三要素电磁干扰三要素构成干扰的三个要素：构成干扰的三个要素：电磁干扰源、电磁干扰源、传输路径传输路径和和敏感设备敏感设备干扰源干扰源敏感设备敏感设备传输路径传输路径电磁干扰：电磁干扰： 任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。传输途径：传输途径： 干扰的传输途径有两条, 通过空间辐射空间辐射和通过导导线传导线传导, 即辐射发射辐射发射和传导发射传导发射。敏感设备：敏感设备：敏感设备即指受干扰设备。敏感设备即指受干扰设备。 设备的抗干扰能力用电磁敏

11、感度(Susceptibility)来表示。设备的电磁干扰敏感性电平阈值越低,即对电磁干扰越灵敏,电磁敏感度越大电磁敏感度越大, ,抗干扰能力越差抗干扰能力越差, ,或称抗扰度(Immunity)性能越低。反之,接收器的电磁敏感接收器的电磁敏感度越低度越低, ,抗干扰能力也越高。抗干扰能力也越高。 发射/抗扰度限值、兼容电平一、电磁干扰的来源一、电磁干扰的来源 电磁干扰源分为两大类：电磁干扰源分为两大类： 1.自然界干扰源自然界干扰源 2.人为干扰源人为干扰源。 电磁干扰源电磁干扰源自然电磁干扰自然电磁干扰源源人为电磁干扰人为电磁干扰源源大气干扰大气干扰雷电干扰雷电干扰宇宙干扰宇宙干扰热噪音热

12、噪音功能性干扰源功能性干扰源非功能性干扰非功能性干扰源源无线电广播无线电广播电视电视无线通信无线通信雷达雷达导航导航输电线输电线电气化铁路电气化铁路车辆点火系统车辆点火系统开关系统开关系统工业、科学、医疗设工业、科学、医疗设备备家用电器家用电器办公设备办公设备自然界干扰源和人为干扰源自然界干扰源和人为干扰源X光机产生大功率高频干扰光机产生大功率高频干扰 闪电产生电磁场干扰闪电产生电磁场干扰自然界干扰源和人为干扰源（续）自然界干扰源和人为干扰源（续）雷达会产生大功率高频干扰雷达会产生大功率高频干扰 变电站会产生变电站会产生50Hz50Hz的高次谐波干扰的高次谐波干扰以及电晕放电干扰以及电晕放电干

13、扰电吹风机干扰电视机的演示电吹风机干扰电视机的演示 电吹风机产生电吹风机产生的电磁波干扰以的电磁波干扰以两种途径到达电两种途径到达电视机：视机： 一是通过共用一是通过共用的电源插座，的电源插座， 二是以空间电二是以空间电磁场传输的方式磁场传输的方式由电视机的天线由电视机的天线接收。应设法切接收。应设法切断这些干扰途径。断这些干扰途径。 干扰途径：干扰途径： 路和场的干扰路和场的干扰 路的干扰路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之间有完必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接，干扰沿着这个通路到达被干扰对象。整的电路连接，干扰沿着这个通路到达被干扰对象。 场的干扰场的干扰不需要沿着电路传输，而是

14、以电磁场不需要沿着电路传输，而是以电磁场辐射的方式进行。辐射的方式进行。1 1通过路的干扰通过路的干扰 由泄漏电阻引起的干扰由泄漏电阻引起的干扰1-1-干扰源干扰源 2-2-仪器输入端子仪器输入端子 3-3-仪器的输入电阻仪器的输入电阻 R R - -泄漏电阻泄漏电阻 负载（喇叭）负载（喇叭）的电流较大，它的电流较大，它与放大器的负电与放大器的负电源线共用了一段源线共用了一段地线，在地线的地线，在地线的微小电阻上产生微小电阻上产生了压降，造成了了压降，造成了干扰。干扰。由共阻抗耦合引起的干扰由共阻抗耦合引起的干扰 负载负载电流电流干扰压干扰压降降正确接线正确接线由电源配电回路引入的干扰由电源配

15、电回路引入的干扰 2 2通过场的干扰通过场的干扰 由电场耦合引起的干扰：由电场耦合引起的干扰： 带电物体产生的电场带电物体产生的电场由磁场耦合引起的干扰：由磁场耦合引起的干扰： C型变压器的漏感比型变压器的漏感比E型的小型的小4对双绞扭线对双绞扭线由电焊引起的强磁场干扰：由电焊引起的强磁场干扰： 磁场交链磁场交链信号线信号线共模干扰与串模干扰共模干扰与串模干扰 如果干扰源对两根信号传输线的如果干扰源对两根信号传输线的干扰大小相等、干扰大小相等、相位相同就属于相位相同就属于共模共模干扰。干扰。 共模干扰仪可依靠放大器的共模共模干扰仪可依靠放大器的共模抑制比抑制比KCMR来克服。来克服。 产生电磁

16、干扰的条件1. 突然变化的电压或电流，即突然变化的电压或电流，即dV/dt 或或 dI/dt 很大；很大；2. 辐射天线或传导导体。辐射天线或传导导体。 设计中，遇到电压、电流的突然变设计中，遇到电压、电流的突然变化，千万要考虑潜在的电磁干扰问题化，千万要考虑潜在的电磁干扰问题 电磁兼容裕量(EMC Margin)：装置、设备或系统的抗扰性限值与骚扰源的发射限值之间的差值。 有关发射电平、抗扰性电平、限额值和兼容性电平等之间的关系有关发射电平、抗扰性电平、限额值和兼容性电平等之间的关系 1.1.7 电磁兼容性分析与设计方法电磁兼容性分析与设计方法随着电子技术的发展, 电磁兼容技术也在不断地向前

17、发展, 电磁兼容性分析方法逐步得到提高和完善, 按其发展过程, 通常分为三种方法, 即 问题解决法问题解决法 规范法规范法 系统法系统法。1. 1. 电磁兼容性分析方法电磁兼容性分析方法2.2.电磁兼容的设计方法电磁兼容的设计方法可采取的措施与费可采取的措施与费/ /效比效比 电路结构封装 屏蔽 滤波 软件EMCEMC成本成本EMCEMC措施措施 概念 设计 产品 市场阶段阶段图图 1-5 1-5 产品开发进程中的可采取的产品开发进程中的可采取的EMCEMC措施与费措施与费/ /效比效比1.1.8 1.1.8 电磁兼容性研究的基本内容电磁兼容性研究的基本内容(1) (1) 电磁骚扰特性及其传播

18、方式的研究。电磁骚扰特性及其传播方式的研究。(2) (2) 电磁兼容性设计的研究。电磁兼容性设计的研究。 (3) (3) 电磁兼容性频谱利用的研究。电磁兼容性频谱利用的研究。(4) (4) 电磁兼容性规范、电磁兼容性规范、 标准的研究。标准的研究。(5) (5) 电磁兼容性测试和模拟技术的研究。电磁兼容性测试和模拟技术的研究。 1.2 电磁兼容技术的发展及电磁认证电磁兼容技术的发展及电磁认证1.2.1 电磁兼容技术的发展电磁兼容技术的发展1. 电磁兼容技术发展简史电磁兼容技术发展简史由于电磁兼容是通过控制电磁干扰来实现的, 因此电磁兼容学是在认识电磁干扰、 研究电磁干扰、 对抗电磁干扰和管理电磁干扰的过程中发展起来的。电磁兼容标准的内容电磁兼容标准的内容 电磁兼容标准 干扰发射 敏感度 传 导