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1、 智能电器电磁兼容性综述Xxx（温州大学物理与电子信息工程学院，10自动化,10110003208）摘要：本文介绍了智能电器电磁兼容的基本概念，电磁干扰的不同类型，产生的原因，和实现电磁兼容的方法，以及电磁兼容性技术的发展历史和未来的展望。关键词：智能电器，电磁兼容，电磁干扰Summary of smart appliances Electromagnetic CompatibilityXxx （school of computer science and engineering,WenZhou University, 10 Electrical engineering and automat
2、ion）Abstract: This paper introduces the definition of smart appliances electromagnetic compatibility, electromagnetic interference, the different types, causes, and ways to achieve electromagnetic compatibility and electromagnetic compatibility technology, history and future prospects.Keywords: Smar
3、t appliances, electromagnetic compatibility, electromagnetic interference一、引言随着现代科技的不断进步，微处理机、计算机技术、控制与通信技术发展迅速，电子化、数字化、和智能化的电工、电子产品得到了广泛应用。随着应用的广泛性不断深入，人们对智能电器性能的要求不断加强，要求产品设备具有良好的可靠性。智能电器中应用了较多的电子元器件，因此，其电磁兼容性将是影响智能化电器可靠性一个重要因素，近年来，我国智能化低压电器的研究也取得了一定进展，然而，随着技术的发展和对环境要求的提高，对电器产品电磁兼容的要求越来越高。因此，如何排除各
4、种电磁干扰、解决电磁兼容问题、提高智能化电器的可靠性和适应性，加快产品化进程，已经成为目前工程设计人员必须考虑的问题。二、电磁兼容的基本概念 根据IEC标准，电磁兼容是指在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下各种用电设备可以共存并不使设备可靠性、安全性降低的性能。因此，电子产品的兼容性一方面是指产品抵抗外部电磁干扰，保持正常工作的能力；另一方面是自身工作时不对其他电子产品造成干扰的性能，即抗扰性和干扰抑制。自从电子系统降噪技术在70年代中期出现以来，主要由美国联邦通讯委员会在1990年和欧盟在1992提出了对商业数码产品的有关规章，这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和
5、发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性三、电磁干扰产生的原因电磁干扰（EMI）指的是破坏性电磁能通过辐射或传导在电子设备间传播的过程。随着非线性负荷的大量应用,诸如电弧炉炼钢、轧钢机、电焊机、中频加热炉、开关电源、晶闸管整流器、电子整流器、异步电动机的变频调速装置、变速传动装置、UPS电源等用电设备,在它们投入、退出和运行过程中都会出现各种有害的电磁现象。其他,如雷击、浪涌、负荷突变、电感负荷的动态投切、电感中的储存的能量将会释放,产生高压、出现瞬态干扰脉冲;而无功功率补偿器中大电容的投切将会 产生电流浪涌。供电和配电系统中的各种短路故障也会引起电流、电压浪涌。因此,在用电设备现场的电
6、磁辐射、电磁脉冲、静电干扰、雷击浪涌、电源谐波,造成电压偏差、频率偏差、电压波动和闪变,谐波、谐间波和波形畸变、三相电压不平衡、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、跌落、波形缺口和瞬间断电等是常见的电磁干扰现象。这些现象将会给智能控制器的工作可靠性和测量准确性带来严重的危害,甚至造成误动作,发生意外的停电事故。2四、 智能电器电磁干扰的类型（一）射频干扰：各类无线通信设备对电子产品的干扰。典型的设备故障出现在场强为110V/m的范围内。（二）电力干扰：电力线电磁场、电流电压浪涌、电压闪边、电力线谐波等产生的电磁干扰。（三）静电放电（ESD）：不同静电电位的物体应靠近或接触发生的电荷转移。一般定义
7、为边沿变化小于1ns的高频放电，有辐射和接触两种方式。接触式放电会造成设备永久损坏或存在隐患；辐射式放电只影响设备工作，不会造成永久破坏。8五、智能电器抗干扰要求（一） 智能电器抗干扰的重要性从智能电器的原理框图来看，智能电器的整个装置都由电子元件构成，智能电器的保护、监控系统将电气元件处于强电流及高电压的电磁场中，如果智能电器受到电磁干扰，轻则引起显示等功能不正常，重则引起误判断、误动作，造成很大的经济损失，甚至影响操作人员的人生安全。智能电器的电磁兼容性能，不仅影响智能电器的生命力，而且还会影响配电系统的正常运行，因此，提高智能电器的抗干扰能力是十分重要的。（二）智能电器抗干扰的必要性目前
8、，在我国低压电器3C认证的认证规则中，所有的电子、电气类产品都包含了电磁兼容性能的要求，其性能要求被列为和产品安全性能要求同等重要的地位。因此，在低压电器相关行业领域中，电子电器产品的标准大量引用了电磁兼容标准的要求。一个生产企业要销售产品，必须要取得3C认证，故提高智能电器的抗干扰能力也是十分必要的。9六、智能电器电磁兼容解决方案（一）智能电器的EMC解决方案1开关电源具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等许多优点,已被广泛应用于智能电器。但开关电源的突出缺点是会产生较强的EM I,若处理不当,开关电源本身就会变成一个骚扰源。因此,一个解决方案是在电源输入端加滤波器,滤波器阻抗应与
9、电源阻抗失配,失配越厉害,实现的衰减越理想,得到的插入损耗特性就越好。也就是说,若噪音源内阻是低阻抗的,则与之对接的EM I滤波器的输入阻抗应该是高阻抗(如电感量很大的串联电感) ;若噪音源内阻是高阻抗的,则EM I滤波器的输入阻抗应该是低阻抗(如容量很大的并联电容) 。2智能电器常通过电源电路直接与市区电网相连,要降低辐射干扰,可应用电压缓冲电路。3利用铁磁性材料的高导磁率和低磁阻特性,对外界磁场的磁通起分路作用,使敏感器件周围的磁力线集中在屏蔽材料中,从而使屏蔽体内的磁场大大减弱,对敏感器件起到了屏蔽作用。因此,可以采用铁氧体磁环解决抗EM I问题,提高智能电器内部各部件间的抗干扰性。4采
10、用接地技术。设备接大地是保证设备安全、人员安全和设备可靠运行等多方面因素所必须的。实用中若能把接地与屏蔽两大技术配合使用,则对提高设备电磁兼容性能起到事半功倍的作用。5一般智能电子设备的电路可分为强电部分和弱电部分。前者一般是电磁干扰源,后者则是被干扰对象。智能电子设备中常采用隔离技术形成人为的电隔离,以阻止电路性耦合产生的电磁干扰。机电隔离是智能电子设备常用的一种隔离方法。机电隔离主要利用继电器来实现,继电器的线圈用于接收信号,机械触点用于发送信号。但在机械触点分断信号电流的过程中,由于电路电感的存在,将会在触点间产生感生电压,该电压可能会导致触点间隙击穿而产生电弧,产生的电弧将通过辐射和传
11、导对其他电路和器件形成强烈的干扰。对于这种干扰实际上最有效的办法是,在电感负载上并接一个吸收回路,但由于电感负载是多种不同设备,所以,必须根据具体的智能电器电路设计有效的抑制回路。5（二）软件电磁兼容措施智能电器的核心部件是微处理器，程序软件是智能电器隐性的必不可少的组成部分，从电磁兼容角度来说，软件电磁兼容措施是智能电器抗干扰的第二道防线。软件在生产时不需要硬件成本，而且其算法十分灵活，越来越受到设计者的重视，软件抗干扰的手段很多，对智能电器来说，主要有以下几种措施。1数字滤波判断智能电器系统的电压电流信号必须经过AD转换后才能为微处理器所接受，干扰信号作用于模拟信号后，会使AD转换结果偏离
12、真值。通常采用数字滤波的方法来解决这个问题，数字滤波方法很多，需要注意的是应该根据实际信号特性来选择合适的方法。智能电器中经常采用算数平均值法和防脉冲干扰平均值法来处理。对于智能电器中电压电流等信号的采样，以某一采样周期连续采样若干次，从所得的一组数据中去掉认为最不可能的数据，取剩余数据的平均值作为输入信号，才能做出正确的判断。2睡眠抗干扰智能电器的执行机构多为接触器和断路器，在切除主回路时，会产生强烈的电磁干扰，若不采取措施，微处理器系统很可能会陷入混乱。这种干扰与软件完全有关，如果微处理器在切除主回路操作之前做好各种准备工作，然后进行切除主回路的操作，操作后立即进入“睡眠”状态，这样就不会
13、自己干扰自己了。等“醒”过来时干扰高峰也基本上消失了。通过中断程序的设计，微处理器系统完全可以躲过因切除主回路而产生的电磁干扰H。3软件陷阱程序受到干扰时有可能跑飞，这时可以利用看门狗将程序强行引向一个指定的位置，这就称为软件陷阱。在软件陷阱应用中，通常采用软件复位的方法，使程序重新开始运行。9七、 智能电器电磁兼容的发展历史、现状与展望 电磁兼容技术是由过去的“电磁干扰”演变而来的，而人们对电磁干扰的研究工作可追溯到19世纪，希维赛德于1881年西德论干扰一文算得上最重要的早期文献，此后1887奶奶英国邮电部门开始研究其通信干扰问题。到本世纪20年代，各先进工业国日益重视EMC的研究，成立了
14、许多相关的国际组织。本世纪40年代，为解决由于飞机通信受到电磁干扰造成飞机事故的问题，开始较为系统地研究EMC技术。美国自1945年开始，颁布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设计规范，并不断加以充实和完善，使得EMC技术进入新的阶段。60年代以来现代电子科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度、高可靠性方向发展，其应用范围越来越广，渗透到了社会的每个角落，因而发达国家在EMC研究方面投入了大量人力物力，形成了EMC热。 电磁兼容问题在国内发展相对较晚，70年代以来，国内对电磁兼容性问题也引起了重视。特别是我国海军舰艇，由于对电子设备以及船只总体设计没有提出电磁兼容性要求，造成舰船设
15、备相互干扰，使其通信、探测 、导航能力下降，从而引起了重视，筹建了国内第一个电磁兼容性实验室。其后，一些军种、部门、及大学也筹建了相关实验室。目前，参照国外相应标准，我国已系统地制定了一整套军用及民用电磁兼容性标准及规范，并正在切实地贯彻执行。智能电器中电磁干扰的产生机理和传递途径较为复杂，各种抑制干扰措施的有效性亦随之而异，指望一种既简单又万能的方法是不现实的。但是，电磁兼容性对于智能化电器的电气性能和可靠性影响很大。因此，在产品的方案论证、设计等阶段必须重视电磁兼容性的设计，才能有效地发挥智能化电器在国民经济中的作用。而且从硬件与软件两个方面来提高智能电器的电磁兼容性能，不但可以起到互补、降低成本的作用，而且也有利于提高系统运行的可靠性。八、学习体会综上所述，电磁兼容问题已经随同电磁能的广泛应用一起深人到人类科学技术、生产、军事以及日常生活的各个领域。EMC作为电子学科的一门分支,目前正在蓬勃地发展着,由于其涉及领域的广泛性而发展成为一门新兴的、独立的、跨行业的学科,其性质决定它永远不会停滞不前,只要有新技术出现就会给它不断增加新内容参考文献1“电磁兼容性”百度百科，http:/
