电磁兼容论文

本学期，我选修了电磁兼容这门课程。通过电磁兼容课程的学习，老师教会了我许多，一方面是有关电磁兼容方面的知识，另一方面是有关生活和人生方面的体会和感悟。由于与电机系统的电磁兼容有关的问题大都涉及一些高年级的知识，作为大二的我还没有学习，所以对于电机系统的电磁兼容问题没有过于深刻的理解和探究。我想通过以下几个方面来阐述我所理解的电磁兼容问题。一．电磁兼容的概念在国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义为：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不会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）两部分，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（electromagneticcompatibility）各种电气或电子设备在电磁环境复杂的共同空间中，以规定的安全系数满足设计要求的正常工作能力。也称电磁兼容性。它的含义包括：①电子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾；②电子系统或设备在自然界电磁环境中能按照设计要求正常工作。若再扩展到电磁场对生态环境的影响，则又可把电磁兼容学科内容称作环境电磁学。电磁兼容的研究是随着电子技术逐步向高频、高速、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度（小型化、大规模集成化），大功率、小信号运用、复杂化等方面的需要而逐步发展的。特别是在人造地球卫星、导弹、计算机、通信设备和潜艇中大量采用现代电子技术后，使电磁兼容问题更加突出。二．系统电磁兼容技术发展现状电磁兼容技术是在研究电磁干扰机理和电磁干扰防护技术的过程中发展起来的。电磁干扰是人们早就发现的电磁现象,它几乎和电磁效应现象同时被发现,1881年英国科学家发表“论无线电干扰”的文章,标志着研究干扰问题的开始。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,同时成功地接收到电磁波,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。按照研究对象的不同,可将电磁兼容问题自上向下划分为如下6个层次:环境级电磁兼容问题、系统级电磁兼容问题、分系统级电磁兼容问题、设备级电磁兼容问题、电路级电磁兼容问题和器件级电磁兼容问题等。系统电磁兼容技术在军事装备领域发挥着重要作用,它不仅是武器装备的一种性能,更是武器装备的一种能力。系统电磁兼容问题是大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问题。如果解决不当,其不仅带来大量研制经费的浪费,同时还将导致系统从根本上丧失使用能力。系统电磁兼容技术主要包括:系统电磁兼容设计技术和系统电磁兼容试验技术。设计技术包括:电磁兼容仿真、分析、预测、评估、优化、设计规范、设计方法、工程控制等技术和过程;试验技术包括:试验规范制定、标准制定、项目选择、实施方法、场地建设、误差处理等技术和过程。三．电磁干扰的危害强的电磁场会对人们的健康带来一定的危害。多年来各国学者对此进行了长期、深入、艰苦的研究工作。研究的结论是，无论工频还是射频电磁场，当超过一定强度时，对人体健康都是有害的。关键是危害的性质、程度与后果对电磁场强之间的关系。相对较弱的电磁干扰对设备或系统造成的恶性电磁干扰事故是触目惊心的。可举出20世纪70年代的两个例子：美国一炼钢厂曾经因为控制天车的电路被干扰而造成整个钢水包的钢水完全倾倒在车间地面上的事故；一个配载假肢的骑摩托车人，当行车至高压电力线下时，由于假肢的控制电路受到干扰而造成车毁人亡的事故。图1示出了残疾人用的电动轮椅在未采取抗干扰措施之前暴露于20V/m电场强度下，其工作出现的反常现象。测试时轮椅工作在常用状态（30r/min）。由图可见，当加以不同频率的电磁辐射时，其工作失控，转速在0～100r/min之间变化，干扰频率从100MHz～700MHz。我们知道，这些频率被电视广播、调频广播以及移动通信所占用。还有许多情况，电磁干扰造成的事故也可能是恶性的。例如：电磁辐射可能干扰电爆装置，使其误引爆。美国土星火箭上大约使用了150个电爆装置；一架飞机使用的电爆装置也在百个以上；航天飞机上大约有500个电爆装置。可见这一问题的严重性。我们都知道，在民用飞机座舱内不允许使用移动通信手机或游戏机之类的数字型电器。这是由于这些设备产生的电磁骚扰不仅可以通过机内电缆耦合到机的敏感设备上，更严重的是，电磁辐射骚扰可能通过机舱窗户向机外辐射。而在机身上存在有大量的天线与传感器，可能直接接收电磁骚扰辐射。四．生活中的电磁兼容电磁兼容是指器件在工作的过程中即不干扰其它电器，同时也不被其它电器所干扰。有电磁兼容问题意味着有电磁之间的相互干扰问题。机电一体化的大时代背景下，每一个电器元件的核心都是电路板，也就是PCB板。电路板的板间是存在干扰的。在设计板子的过程中应该考虑到这个问题，一般板子不能太大，其频率也不能太高，频率如果过高就不能将电气元件当成理想的集总电气元件使用，要考虑它在高频条件下的性质。比如是电脑一般都是有两个频率的。这些都是与电磁干扰相关联的考虑。另一个与生活息息相关的东西就是手机。手机实际上是“蜂窝”电话。接收手机信号的是分布在各处的手机机站，手机发出的信号会通过附近的机站被发送出去。当我们在长途行驶的车上打电话时，偶尔会出现掉线的情况。这实际是我们在车辆行驶的过程中离一个正在通信着的机站越来越远，而距离另外一个机站越来越近，这时我们的手机就会选择切换机站。如果我们手机从一个机站脱离，而另一个机站满负荷而无法接入，就会出现掉线的情况。在我们的生活中，我们还会遇到许多相类似的问题。我们通常都习以为常。但其实只要我们仔细的思考，我们就会发现电磁干扰和电磁兼容在我们的生活中处处存在。五．解决电磁兼容的实施办法电磁兼容的实施性方法包含了组织措施与技术措施两个方面。技术上有合适的接地，合理的布线，屏蔽。滤波，电气隔离，限幅，续流，计算机软硬件措施等。组织上有具有一定电磁兼容能力的元器件，标准、规范，频谱管理，空间分离，时间分隔等。接地接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。屏蔽屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。屏蔽体材料选择的原则是：（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。滤波滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显着地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不网于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。正确选用无源元件实用的无源元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。电路技术有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。六．结语从电磁兼容领域来看，无论从理论研究、实验室水平、标准化工作等方面与工业发达国家相比，我国当前还处在一个较低的水平。但是无论从国家安全还是保护人身安全与健康，保护环境来看，电磁兼容都起着相当重要的作用；而且它又是一个创新力度较强的学科，所以还需要我们这一代人的努力学习与创造，发展我国乃至世界的电磁兼容水平。