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电磁兼容(EMC)
作者: 时间:2013-12-16 阅读:

   EMC(Electromagnetic Compatibility)

    国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是:系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不对其他系统和设备造成干扰。

  EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部份,所谓EMI电磁干扰,乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

  电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。

        各种运行的电力设备之间以电磁传导、电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响,在一定的条件下会对运行的设备和人员造成干扰、影响和危害。

  20世纪80年代兴起的电磁兼容EMC学科以研究和解决这一问题为宗旨,主要是研究和解决干扰的产生、传播、接收、抑制机理及其相应的测量和计量技术,并在此基础上根据技术经济最合理的原则,对产生的干扰水平、抗干扰水平和抑制措施做出明确的规定,使处于同一电磁环境的设备都是兼容的,同时又不向该环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。

  进行电磁兼容(包括电磁干扰和电磁耐受性)的检测与试验的机构有苏州电器科学研究院、航天环境可靠性试验中心、环境可靠性与电磁兼容试验中心等实验室。

  内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰,包括以下几种:

  (1)工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰;(与工作频率有关)

  (2)信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的干扰;

  (3)设备或系统内部某些元件发热,影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰;

  (4)大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。

  外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰,包括以下几种:

  (1)外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统;

  (2)外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统;

  (3)空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰;

  (4)工作环境温度不稳定,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰;

  (5)由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。

  电磁兼容技术的迅速发展

  从地球表面到人造卫星活动的近千千米空间内处处存在着电磁波,电和磁无时无刻不在影响着人们的生活及生产,电磁能的广泛应用,使工业技术的发展日新月异。电磁能在为人类创造巨大财富的同时,也带来一定的危害,被称为电磁污染,研究电磁污染是环境保护中的重要分支。以往人们把无线电通讯装置受到的干扰,称为电磁干扰,表明装置受到外部干扰侵入的危害,其实它本身也对外部其他装置造成危害,即成为干扰源。因此必须同时研究装置的干扰和被干扰,对装置内部的组织和装置之间要注意其相容性。随着科学技术的发展,日益广泛采用的微电子技术和电气化的逐步实现,形成了复杂的电磁环境。不断研究和解决电磁环境中设备之间以及系统间相互关系的问题,促进了电磁兼容技术的迅速发展。

    电磁干扰(Electromagnetic Interference),简称EMI,有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰;辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。

  为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正常工作,各国政府或一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产生电磁干扰有关规章或标准,符合这些规章或标准的产品就可称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。电磁兼容性EMC标准不是恒定不变的,而是天天都在改变,这也是各国政府或经济组织,保护自己利益经常采取的手段。

  防治电磁兼容措施

  抑制电磁污染的首要措施是找出污染源;其次是判断污染侵入的路途,主要有传导和辐射两种方式,工作重点是确定干扰量。解决电磁兼容问题应从产品的开发阶段开始,并贯穿于整个产品或系统的开发,生产全过程。国内外大量的经验表明,在产品或系统的研制生产过程中越早注意解决电磁兼容问题,越可以节约人力与物力。

  电磁兼容设计的关键技术是对电磁干扰源的研究,从电磁干扰源处控制其电磁发射是治本的方法。控制干扰源的发射,除了从电磁干扰源产生的机理着手降低其产生电磁噪声的电平外,还需广泛地应用屏蔽(包括隔离)、滤波和接地技术。

  屏蔽主要运用各种导电材料,制造成各种壳体并与大地连接,以切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合形成的电磁噪声传播途径,隔离主要运用继电器、隔离变压器或光电隔离器等器件来切断电磁噪声以传导形式的传播途径,其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来,切断通过阻抗进行耦合的可能。

  滤波是在频域上处理电磁噪声的技术,为电磁噪声提供一低阻抗的通路,以达到抑制电磁干扰的目的。例如,电源滤波器对50Hz的电源频率呈现高阻抗,而对电磁噪声频谱呈现低阻抗。

  接地包括接地、信号接地等。接地体的设计、地线的布置、接地线在各种不同频率下的阻抗等不仅涉及产品或系统的电气安全,而且关联着电磁兼容和其测量技术。

    系统要发生电磁兼容性问题,必须存在三个因素,即电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。所以,在遇到电磁兼容问题时,要从这三个因素入手,对症下药,消除其中某一个因素,就能解决电磁兼容问题。

电磁骚扰源

  任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量,能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害,或使其它设备、分系统或系统发生电磁危害,导致性能降级或失效,即称为电磁骚扰源。一般说来电磁干扰源分为两大类:自然干扰源与和人为干扰源。

  (一)自然干扰源

  主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。他们既是地球电磁环境的基本要素组成部分,同时又是对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源。自然噪声会对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰,也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰。

  (二)人为干扰源

  是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰,其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置,如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备,称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射,如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。

耦合途径

  即传输骚扰的通路或媒介。电磁干扰传播途径一般也分为两种:即传导耦合方式和辐射耦合方式。

  任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径(或传输通道)。通常认为电磁干扰传输有两种方式:一种是传导传输方式;另一种是辐射传输方式。因此从被干扰的敏感器来看,干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两大类。

  (一)传导耦合

  传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接,干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器,发生干扰现象。这个传输电路可包括导线,设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻电感电容和互感元件等。

  (二)辐射耦合

  辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播,干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合由三种:1. 甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受,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,称为线对线的感应耦合。

  在实际工程中,两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在,反复交叉耦合,共同产生干扰,才使电磁干扰变得难以控制。

    敏感设备

  敏感设备(Victim),是指当受到电磁骚扰源所发出的电磁能量的作用时,会受到伤害的人或其它生物,以及会发生电磁危害,导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。许多器件、设备、分系统或系统既是电磁骚扰源又是敏感设备。敏感设备是对干扰对象总称,它可以是一个很小的元件或一个电路板组件,也可以是一个单独的用电设备甚至可以是一个大型系统。

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