第1章電磁兼容技術(shù)概述

1、第第1章章 電磁兼容技術(shù)概述電磁兼容技術(shù)概述n1.1 電磁兼容概述 n1.2 電磁兼容技術(shù)的發(fā)展及電磁認(rèn)證 電磁兼容性電磁兼容性 (ElectroMagnetic CompatibilityEMC)(ElectroMagnetic CompatibilityEMC) 1.1.1 1.1.1 引言引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 人們在生產(chǎn)及生活中使用的電氣及電子設(shè)備的數(shù)量越來越多, 這些設(shè)備在工作的同時(shí)往往要產(chǎn)生一些有用的或無用的電磁能量, 這些能量將影響其他設(shè)備的工作, 從而形成了電磁電磁干擾。干擾。1.1 1.1 電磁兼容概述電磁兼容概述 為什么要掌握電磁兼容技術(shù)技術(shù)n電磁干擾和電磁污染的危害日益

2、嚴(yán)重電磁干擾和電磁污染的危害日益嚴(yán)重 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制實(shí)施 市場競爭日益激烈 為什么要掌握電磁兼容技術(shù)n各國都注重各國都注重EMC教育和培訓(xùn)及學(xué)術(shù)交流，國際教育和培訓(xùn)及學(xué)術(shù)交流，國際上每年舉辦有關(guān)上每年舉辦有關(guān)EMC學(xué)術(shù)交流會(huì)和培訓(xùn)班。學(xué)術(shù)交流會(huì)和培訓(xùn)班。n研究的熱點(diǎn)已涉及社會(huì)許多方面，如計(jì)算機(jī)安研究的熱點(diǎn)已涉及社會(huì)許多方面，如計(jì)算機(jī)安全、電信設(shè)備電磁兼容、航空航天、武器系統(tǒng)、全、電信設(shè)備電磁兼容、航空航天、武器系統(tǒng)、電磁場生物效應(yīng)、地震電磁現(xiàn)象電磁場生物效應(yīng)、地震電磁現(xiàn)象, 。n我國對電磁環(huán)境學(xué)重要性越來越重視，目前已我國對電磁環(huán)境學(xué)重要性越來越重視，目前已有許多單位從事相關(guān)研究。有許多單位

3、從事相關(guān)研究。n電磁兼容學(xué)正是為解決這一類問題而迅速發(fā)展電磁兼容學(xué)正是為解決這一類問題而迅速發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。起來的一門新興學(xué)科。 日常生活的電磁環(huán)境日常生活的電磁環(huán)境圖圖1-1 具有多重電磁干擾的生活環(huán)境具有多重電磁干擾的生活環(huán)境雷達(dá)和電視臺(tái)雷電電力傳輸線移動(dòng)電臺(tái)電機(jī)傳導(dǎo)噪聲交流供電電路點(diǎn)火圖圖1-2 1-2 信息系統(tǒng)復(fù)雜的電磁環(huán)境信息系統(tǒng)復(fù)雜的電磁環(huán)境信息系統(tǒng)復(fù)雜的電磁環(huán)境信息系統(tǒng)復(fù)雜的電磁環(huán)境在人們的生活中, 電磁兼容效應(yīng)普遍存在, 形式各異。 如果電磁兼容效應(yīng)嚴(yán)重, 則將導(dǎo)致嚴(yán)重的故障或事故, 同時(shí)對人體健康也有影響。 人們將電磁干擾的危害程度分為五個(gè)等級：人們將電磁干擾的危害程

4、度分為五個(gè)等級： 災(zāi)難性的、災(zāi)難性的、 非常危險(xiǎn)的、非常危險(xiǎn)的、 中等危險(xiǎn)的、中等危險(xiǎn)的、 嚴(yán)重的和使人煩惱嚴(yán)重的和使人煩惱的。的。1.1.2 1.1.2 電磁干擾的危害電磁干擾的危害1. 1. 電磁干擾對設(shè)備的危害電磁干擾對設(shè)備的危害 長期受到電磁輻射將會(huì)影響人體健康并造成電磁污染。 高頻輻射大于一定限值時(shí), 會(huì)使人產(chǎn)生失眠、嗜睡等植物神經(jīng)功能紊亂, 以及脫發(fā)、白血球下降、視力模糊、晶狀體混濁、心電圖異常等癥狀。2. 2. 電磁場對人體的危害電磁場對人體的危害 中華人民共和國環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：規(guī)定： 一級標(biāo)準(zhǔn)（小于一級標(biāo)準(zhǔn)（小于10伏米），二級標(biāo)準(zhǔn)（小于

5、伏米），二級標(biāo)準(zhǔn)（小于25伏米）為中間區(qū)，伏米）為中間區(qū)， 超過二級標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，對人體可帶來有害影響；超過二級標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，對人體可帶來有害影響； 電磁干擾與污染的危害案例電磁干擾與污染的危害案例n 1969 1969年土星年土星V-V-阿波羅阿波羅1212事件事件n 19991999年醫(yī)療設(shè)備的失靈年醫(yī)療設(shè)備的失靈n 19891989年南京的雷電引起的油庫爆炸年南京的雷電引起的油庫爆炸n微波老鼠微波老鼠喪失記憶報(bào)告喪失記憶報(bào)告n 1986年湖北省潛江變電站火災(zāi)年湖北省潛江變電站火災(zāi)n 人類健康的潛在危險(xiǎn)人類健康的潛在危險(xiǎn)n 人禍、天災(zāi)、重大、致命、不勝枚舉人禍、天災(zāi)、重大、致命、不勝枚舉 電磁干擾

6、與污染的危害案例電磁干擾與污染的危害案例n 1992年年9月月16日深圳國際機(jī)場因日深圳國際機(jī)場因感應(yīng)雷電過電壓導(dǎo)致感應(yīng)雷電過電壓導(dǎo)致25套通訊、套通訊、雷達(dá)、導(dǎo)航設(shè)備中有雷達(dá)、導(dǎo)航設(shè)備中有5套損壞，使套損壞，使機(jī)場停業(yè)；機(jī)場停業(yè)；n1996年白云機(jī)場由于雷電導(dǎo)致指年白云機(jī)場由于雷電導(dǎo)致指揮系統(tǒng)故障；揮系統(tǒng)故障；n1961年，意大利發(fā)生了年，意大利發(fā)生了 “丘比特丘比特”導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的雷擊事故；導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的雷擊事故；n1969年年11月美國土星月美國土星“V阿波阿波羅羅12” 載人飛船在起飛后出現(xiàn)雷擊載人飛船在起飛后出現(xiàn)雷擊事故。事故。3. 3. 對航空的危害對航空的危害2011年7月28日

7、雷擊破壞設(shè)備造成7.23溫州動(dòng)車追尾事故 1.1.3 1.1.3 有關(guān)電磁兼容的定義有關(guān)電磁兼容的定義 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4365-1995GB/T 4365-1995電磁術(shù)語電磁術(shù)語的定義：的定義： 設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。的能力。 2) 2) 美國電氣電子工程師協(xié)會(huì)美國電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)(IEEE)的定義：的定義： 一個(gè)裝置能在其所處的電磁環(huán)境中滿意地一個(gè)裝置能在其所處的電磁環(huán)境中滿意地工作同時(shí)又不向該環(huán)境及同一環(huán)境中的其他裝置工作

8、同時(shí)又不向該環(huán)境及同一環(huán)境中的其他裝置排放超過允許范圍的電磁擾動(dòng)。排放超過允許范圍的電磁擾動(dòng)。3 3）我國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)）我國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB72-85GJB72-85電磁干擾和電磁干擾和電磁兼容性名詞術(shù)語電磁兼容性名詞術(shù)語中給出電磁兼容性的定中給出電磁兼容性的定義為義為: : 設(shè)備設(shè)備( (分系統(tǒng)、分系統(tǒng)、 系統(tǒng)系統(tǒng)) )在共同的電磁環(huán)境在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài), , 即即: : 該設(shè)該設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的性能降級的電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的性能降

9、級, , 它也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備它也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備( (分系統(tǒng)、分系統(tǒng)、系統(tǒng)系統(tǒng)) )因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的性能降級。性能降級。 一是設(shè)備要有一定的抗電磁干擾能力，一是設(shè)備要有一定的抗電磁干擾能力，使其在電磁環(huán)境中能正常工作；使其在電磁環(huán)境中能正常工作； 電磁兼容的定義中包含著兩層意義：電磁兼容的定義中包含著兩層意義： 二是設(shè)備工作中自身產(chǎn)生的電磁騷擾二是設(shè)備工作中自身產(chǎn)生的電磁騷擾應(yīng)抑制在一定水平下，不對該環(huán)境中的任應(yīng)抑制在一定水平下，不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾。 1.1.4

10、1.1.4 電磁干擾三要素電磁干擾三要素構(gòu)成干擾的三個(gè)要素：構(gòu)成干擾的三個(gè)要素：電磁干擾源、電磁干擾源、傳輸路徑傳輸路徑和和敏感設(shè)備敏感設(shè)備干擾源干擾源敏感設(shè)備敏感設(shè)備傳輸路徑傳輸路徑電磁干擾：電磁干擾： 任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)θ魏慰赡芤鹧b置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩驘o生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。有生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。傳輸途徑：傳輸途徑： 干擾的傳輸途徑有兩條, 通過空間輻射空間輻射和通過導(dǎo)導(dǎo)線傳導(dǎo)線傳導(dǎo), 即輻射發(fā)射輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射傳導(dǎo)發(fā)射。敏感設(shè)備：敏感設(shè)備：敏感設(shè)備即指受干擾設(shè)備。敏感設(shè)備即指受干擾設(shè)備。 設(shè)備的抗干擾能力用電磁敏感度(

11、Susceptibility)來表示。設(shè)備的電磁干擾敏感性電平閾值越低,即對電磁干擾越靈敏,電磁敏感度越大電磁敏感度越大, ,抗干擾能力越差抗干擾能力越差, ,或稱抗擾度(Immunity)性能越低。反之,接收器的電磁敏感接收器的電磁敏感度越低度越低, ,抗干擾能力也越高?？垢蓴_能力也越高。 發(fā)射/抗擾度限值、兼容電平一、電磁干擾的來源一、電磁干擾的來源 電磁干擾源分為兩大類：電磁干擾源分為兩大類： 1.自然界干擾源自然界干擾源 2.人為干擾源人為干擾源。 電磁干擾源電磁干擾源自然電磁干擾自然電磁干擾源源人為電磁干擾人為電磁干擾源源大氣干擾大氣干擾雷電干擾雷電干擾宇宙干擾宇宙干擾熱噪音熱噪音功

12、能性干擾源功能性干擾源非功能性干擾非功能性干擾源源無線電廣播無線電廣播電視電視無線通信無線通信雷達(dá)雷達(dá)導(dǎo)航導(dǎo)航輸電線輸電線電氣化鐵路電氣化鐵路車輛點(diǎn)火系統(tǒng)車輛點(diǎn)火系統(tǒng)開關(guān)系統(tǒng)開關(guān)系統(tǒng)工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備備家用電器家用電器辦公設(shè)備辦公設(shè)備自然界干擾源和人為干擾源自然界干擾源和人為干擾源X光機(jī)產(chǎn)生大功率高頻干擾光機(jī)產(chǎn)生大功率高頻干擾 閃電產(chǎn)生電磁場干擾閃電產(chǎn)生電磁場干擾自然界干擾源和人為干擾源（續(xù)）自然界干擾源和人為干擾源（續(xù)）雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生大功率高頻干擾雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生大功率高頻干擾 變電站會(huì)產(chǎn)生變電站會(huì)產(chǎn)生50Hz50Hz的高次諧波干擾的高次諧波干擾以及電暈放電干擾以及電暈放電干擾電吹

13、風(fēng)機(jī)干擾電視機(jī)的演示電吹風(fēng)機(jī)干擾電視機(jī)的演示 電吹風(fēng)機(jī)產(chǎn)生電吹風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電磁波干擾以的電磁波干擾以兩種途徑到達(dá)電兩種途徑到達(dá)電視機(jī)：視機(jī)： 一是通過共用一是通過共用的電源插座，的電源插座， 二是以空間電二是以空間電磁場傳輸?shù)姆绞酱艌鰝鬏數(shù)姆绞接呻娨暀C(jī)的天線由電視機(jī)的天線接收。應(yīng)設(shè)法切接收。應(yīng)設(shè)法切斷這些干擾途徑。斷這些干擾途徑。 干擾途徑：干擾途徑： 路和場的干擾路和場的干擾 路的干擾路的干擾必須在干擾源和被干擾對象之間有完必須在干擾源和被干擾對象之間有完整的電路連接，干擾沿著這個(gè)通路到達(dá)被干擾對象。整的電路連接，干擾沿著這個(gè)通路到達(dá)被干擾對象。 場的干擾場的干擾不需要沿著電路傳輸，而是以電磁

14、場不需要沿著電路傳輸，而是以電磁場輻射的方式進(jìn)行。輻射的方式進(jìn)行。1 1通過路的干擾通過路的干擾 由泄漏電阻引起的干擾由泄漏電阻引起的干擾1-1-干擾源干擾源 2-2-儀器輸入端子儀器輸入端子 3-3-儀器的輸入電阻儀器的輸入電阻 R R - -泄漏電阻泄漏電阻 負(fù)載（喇叭）負(fù)載（喇叭）的電流較大，它的電流較大，它與放大器的負(fù)電與放大器的負(fù)電源線共用了一段源線共用了一段地線，在地線的地線，在地線的微小電阻上產(chǎn)生微小電阻上產(chǎn)生了壓降，造成了了壓降，造成了干擾。干擾。由共阻抗耦合引起的干擾由共阻抗耦合引起的干擾 負(fù)載負(fù)載電流電流干擾壓干擾壓降降正確接線正確接線由電源配電回路引入的干擾由電源配電回路

15、引入的干擾 2 2通過場的干擾通過場的干擾 由電場耦合引起的干擾：由電場耦合引起的干擾： 帶電物體產(chǎn)生的電場帶電物體產(chǎn)生的電場由磁場耦合引起的干擾：由磁場耦合引起的干擾： C型變壓器的漏感比型變壓器的漏感比E型的小型的小4對雙絞扭線對雙絞扭線由電焊引起的強(qiáng)磁場干擾：由電焊引起的強(qiáng)磁場干擾： 磁場交鏈磁場交鏈信號(hào)線信號(hào)線共模干擾與串模干擾共模干擾與串模干擾 如果干擾源對兩根信號(hào)傳輸線的如果干擾源對兩根信號(hào)傳輸線的干擾大小相等、干擾大小相等、相位相同就屬于相位相同就屬于共模共模干擾。干擾。 共模干擾儀可依靠放大器的共模共模干擾儀可依靠放大器的共模抑制比抑制比KCMR來克服。來克服。 產(chǎn)生電磁干擾的

16、條件 突然變化的電壓或電流，即突然變化的電壓或電流，即dV/dt 或或 dI/dt 很大；很大； 輻射天線或傳導(dǎo)導(dǎo)體。輻射天線或傳導(dǎo)導(dǎo)體。 設(shè)計(jì)中，遇到電壓、電流的突然變設(shè)計(jì)中，遇到電壓、電流的突然變化，千萬要考慮潛在的電磁干擾問題化，千萬要考慮潛在的電磁干擾問題 電磁兼容裕量(EMC Margin)：裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的抗擾性限值與騷擾源的發(fā)射限值之間的差值。 有關(guān)發(fā)射電平、抗擾性電平、限額值和兼容性電平等之間的關(guān)系有關(guān)發(fā)射電平、抗擾性電平、限額值和兼容性電平等之間的關(guān)系 1.1.7 電磁兼容性分析與設(shè)計(jì)方法電磁兼容性分析與設(shè)計(jì)方法隨著電子技術(shù)的發(fā)展, 電磁兼容技術(shù)也在不斷地向前發(fā)展, 電磁兼

17、容性分析方法逐步得到提高和完善, 按其發(fā)展過程, 通常分為三種方法, 即 問題解決法問題解決法 規(guī)范法規(guī)范法 系統(tǒng)法系統(tǒng)法。1. 1. 電磁兼容性分析方法電磁兼容性分析方法2.2.電磁兼容的設(shè)計(jì)方法電磁兼容的設(shè)計(jì)方法可采取的措施與費(fèi)可采取的措施與費(fèi)/ /效比效比 電路結(jié)構(gòu)封裝 屏蔽 濾波 軟件EMCEMC成本成本EMCEMC措施措施 概念 設(shè)計(jì) 產(chǎn)品 市場階段階段圖圖 1-5 1-5 產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程中的可采取的產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程中的可采取的EMCEMC措施與費(fèi)措施與費(fèi)/ /效比效比1.1.8 1.1.8 電磁兼容性研究的基本內(nèi)容電磁兼容性研究的基本內(nèi)容(1) (1) 電磁騷擾特性及其傳播方式的研究。電

18、磁騷擾特性及其傳播方式的研究。(2) (2) 電磁兼容性設(shè)計(jì)的研究。電磁兼容性設(shè)計(jì)的研究。 (3) (3) 電磁兼容性頻譜利用的研究。電磁兼容性頻譜利用的研究。(4) (4) 電磁兼容性規(guī)范、電磁兼容性規(guī)范、 標(biāo)準(zhǔn)的研究。標(biāo)準(zhǔn)的研究。(5) (5) 電磁兼容性測試和模擬技術(shù)的研究。電磁兼容性測試和模擬技術(shù)的研究。 1.2 電磁兼容技術(shù)的發(fā)展及電磁認(rèn)證電磁兼容技術(shù)的發(fā)展及電磁認(rèn)證1.2.1 電磁兼容技術(shù)的發(fā)展電磁兼容技術(shù)的發(fā)展1. 電磁兼容技術(shù)發(fā)展簡史電磁兼容技術(shù)發(fā)展簡史由于電磁兼容是通過控制電磁干擾來實(shí)現(xiàn)的, 因此電磁兼容學(xué)是在認(rèn)識(shí)電磁干擾、 研究電磁干擾、 對抗電磁干擾和管理電磁干擾的過程中發(fā)展起來的。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 干擾發(fā)射 敏感度 傳 導(dǎo) 輻 射 傳 導(dǎo) 輻 射電源線信號(hào)/控制線天線端口 電 場 磁 場 電源線/信號(hào)線 射頻 瞬態(tài)天線端口 電 場 磁 場 靜 電放電 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn) 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 通用標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)準(zhǔn) 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 被引用到被引用到被引用到被引用到標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)的識(shí)別國家或組織國家或組織 制訂單位制訂單位標(biāo)標(biāo)